煤制天然氣工藝的研究

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，很多基礎(chǔ)性燃料大量消耗，致使各地政府對可用資源的重視程度越來越高。近年來，煤制天然氣技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對于環(huán)境保護(hù)以及提供能源利用率方面起到了巨大的推動作用。本文首先介紹煤制天然氣技術(shù)的發(fā)展，然后，對煤氣化工藝進(jìn)行分析，并對現(xiàn)有的幾種煤氣化工藝進(jìn)行比較，最后，探索煤質(zhì)天然氣的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：煤制天然氣工藝 工藝技術(shù) 應(yīng)用前景

中圖分類號：D63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0096-02

改革開放初期，在促進(jìn)企業(yè)快速發(fā)展的方針政策引導(dǎo)下，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展迅速。然而，這樣的發(fā)展速度也是付出了相當(dāng)大的代價。20世紀(jì)80年代，我國的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)尚不具備一定的發(fā)展實(shí)力，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要是依靠重工業(yè)的高消耗、低產(chǎn)出的生產(chǎn)模式帶動起來的，由于我國是產(chǎn)煤大國，煤化工行業(yè)更是率先而起，然而在其取得了相當(dāng)大的發(fā)展成果的同時，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，并且，導(dǎo)致我國的煤炭儲備快速下降。如此繼續(xù)下去，將會在不久的將來，引起真正的能源危機(jī)和生態(tài)危機(jī)。為了改變這一現(xiàn)狀，高效的煤制天然氣技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。先進(jìn)的煤氣化技術(shù)不僅能夠降低排放其他對大氣的污染程度，更是能夠高效的提升煤炭的使用效率，降低大量的煤炭消耗，其已經(jīng)成為高新潔凈煤炭利用技術(shù)中的核心技術(shù)之一。

1 煤制天然氣工業(yè)化國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

自從我國政府開展能源多元化發(fā)展戰(zhàn)略以來，在煤制天然氣項(xiàng)目投資開發(fā)方面逐漸形成了投資熱潮，其亦成為煤制油投資之后的又一個熱點(diǎn)。國內(nèi)近期煤制天然氣的投資項(xiàng)目中，大多數(shù)采用豐富而便宜的褐煤作為天然氣的生產(chǎn)原料，技術(shù)含量較高，生產(chǎn)成本較低，具有很好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間。這些項(xiàng)目投入大規(guī)模的商業(yè)運(yùn)行之后，將在很大程度上緩解國內(nèi)天然氣的供需緊張問題，促使國家能源的安全生產(chǎn)。國內(nèi)近期的具體投資項(xiàng)目如表1所示。

2 煤氣化工藝技術(shù)

2.1 煤氣化爐

近年來，煤氣化技術(shù)已經(jīng)成為煤化工產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一。在大型的工業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中，煤氣化技術(shù)主要包括固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)氣流床氣化技術(shù)以及熔融床氣化技術(shù)等。煤氣化爐通常也被成為煤氣發(fā)生爐。其中較為典型的有魯奇爐、德士古氣化爐等等。作為最早被開發(fā)應(yīng)用的氣化爐固定床氣化爐，爐子的下半部分安置著爐排，為上面的煤層起到支撐的功能。一般情況下，煤炭從爐子的頂端進(jìn)入，而像氧氣或者是空氣和水等氣化劑則是由爐子的底部注入，利用氣體上升，固體下降，使得內(nèi)部的各種物質(zhì)充分融合，從而進(jìn)行高效的化學(xué)反應(yīng)。然而，這種氣化爐的空間有限，如果是大規(guī)模的煤炭需要處理，則表現(xiàn)出無能為力。

流化床氣化爐是將煤粉放到分散板的上面，并在分散板的下部將氣化劑送入，并使煤粉處于懸浮狀態(tài)。煤粉在這種狀態(tài)下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到氣化的目的。然而這種氣化爐在使用的過程中，選用的煤炭要求較高，必須是會分熔點(diǎn)高的煤炭，而且，其產(chǎn)出的副產(chǎn)品中，焦油含量偏低，碳利用率也不高。

流床氣化爐，與前兩種有所不同，它是將煤粉和選用的氣化劑從同一個入口快速的送入爐內(nèi)，并且，促使其迅速發(fā)生氣化反映。然而這種生產(chǎn)模式，產(chǎn)生的甲烷含量偏低，更不含焦油。

2.2 國內(nèi)主要的煤氣化工藝比較

近年來，國內(nèi)的眾多煤氣化企業(yè)紛紛引進(jìn)各種氣化爐，主要分為三種：魯奇氣化爐、殼牌氣化爐和德士古氣化爐。下面介紹這三種氣化爐的工藝對比。

魯奇氣化爐，其生產(chǎn)能力較高，適合塊煤作為原料，尤其是褐煤，煤炭的轉(zhuǎn)化率很高，而且，負(fù)荷調(diào)節(jié)起來也很方便。然而，其產(chǎn)出的氣體中，甲烷含量較多，焦油與苯酚等液體也偏多，生產(chǎn)需要的周期較長，機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很大程度上增加了生產(chǎn)難度。

殼牌氣化爐選用煤干粉作為原料，不易受到國內(nèi)煤炭種類的限制，而且，碳轉(zhuǎn)化率也很高，產(chǎn)出的其他中，含有少量的甲烷，對氧氣的需求量也相對較少。單爐的生產(chǎn)能力大，運(yùn)轉(zhuǎn)的周期較長，氣化效果顯著，并且，不會產(chǎn)生廢氣。然而，該類氣化爐造價偏高，并且，建設(shè)復(fù)雜，從而前期需要大量的資金投入。與其配套的干燥、磨煤、高壓氮?dú)獾攘鞒绦枰墓β蔬^大。

德士古氣化爐，選用水煤漿作為主要原料，對煤種的要求不高，單爐的生產(chǎn)能力和碳轉(zhuǎn)化率都很高，產(chǎn)生了煤氣質(zhì)量也很好，甲烷氣體含量較低，并且不會產(chǎn)生過多廢物。然而，這種生產(chǎn)模式需要大量的氧氣投入，從而投入的資金較高，而且，技術(shù)費(fèi)用所占比例偏大。

目前，盡管這三種氣化爐各有缺點(diǎn)，但是，由于并不能找到一種萬能的氣化爐，所以，在選用的時候，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)自身的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)臍饣癄t。

3 煤制天然氣的應(yīng)用前景

目前，我國對天然氣的需求速度在世界范圍內(nèi)居于前列，并且，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的快速增長，這種勢頭將更加強(qiáng)勁，從而導(dǎo)致天然氣的需求缺口不斷加大。隨著廣東珠江三角洲、上海長江三角洲地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)城市的發(fā)展已率先進(jìn)入了工業(yè)化時代，也率先進(jìn)入了城市天然氣時代。中國大城市人口的聚集和小城市的增加以及經(jīng)濟(jì)的增長日益敦促人們重視環(huán)境保護(hù)。在這些城市及周邊地區(qū)，煤炭的使用和機(jī)動車的迅速增加產(chǎn)生了污染問題，這個問題日趨明顯而且正在影響著中國大部分的人口。由于這是政府優(yōu)先要解決的問題，所以制定了很多降低污染的政策，其中就包括增加利用清潔燃料的政策。以天然氣為主的清潔燃料的普及應(yīng)用，將減少由于工業(yè)廢氣對不堪負(fù)重的大氣污染其需求將十分強(qiáng)勁，天然氣市場前景廣闊。然而，這也促使我國的天然氣國內(nèi)供應(yīng)更加緊張，只能不斷增加對國外石油液化氣、液化天然氣及管道天然氣的進(jìn)口數(shù)量。從國外購進(jìn)燃?xì)獠粌H價格貴，而且還受多種不確定因素影響。從而對企業(yè)的擴(kuò)大生產(chǎn)帶來了潛在的隱患。如何保證能源安全供應(yīng)是在引進(jìn)國外氣源是必須重視的問題。煤制天然氣立足國內(nèi)，可以減輕對國外的依賴，具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

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