淺析煤制天然氣項目氣化工藝選擇

李仕超

（浙能集團新疆準(zhǔn)東能源化工有限公司，新疆奇臺 831800）

煤化工

淺析煤制天然氣項目氣化工藝選擇

李仕超

（浙能集團新疆準(zhǔn)東能源化工有限公司，新疆奇臺 831800）

介紹了新疆準(zhǔn)東煤田將軍廟礦區(qū)煤種的煤質(zhì)情況，針對準(zhǔn)東煤種高水含量、特低硫、高揮發(fā)分和低灰熔點，以及可磨性好等特點，對各種煤氣化工藝進(jìn)行了對比，探討了煤制天然氣項目煤氣化工藝選擇方案。

煤制天然氣；粉煤氣化；熔渣氣化；GSP氣化；水煤漿氣化

1 概述

我國是一個“缺油、少氣、富煤”的國家，煤炭是我國最主要的化石能源資源。發(fā)展新型煤化工正在成為我國能源建設(shè)的重要任務(wù)，建設(shè)煤化工產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)煤基清潔燃料，是當(dāng)前和未來幾十年我國能源建設(shè)的重要需求，符合我國“富煤、缺油、少氣”資源狀況的國情。

煤炭既是重要的一次能源，也是重要的化工原料。利用先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，將煤轉(zhuǎn)化為合成氣，生產(chǎn)天然氣，不僅可以提高煤的利用率，同時還可以大量降低二氧化硫和二氧化碳排放量，改善環(huán)境，維護(hù)生態(tài)平衡，增強人民身體健康。

準(zhǔn)東煤田西黑山礦區(qū)煤層變質(zhì)程度較低，主要是不粘煤，具有特低灰～低中灰、中高全水分－高全水分、中高揮發(fā)分、特低硫、特低磷～低磷、低－高融灰分、低含油、特高熱值等特征。是良好的動力用煤，也可作為氣化、液化和煉油用煤，具備大力發(fā)展煤炭資源轉(zhuǎn)化的資源基礎(chǔ)。

2 準(zhǔn)東煤田煤質(zhì)情況

選擇不同煤氣化工藝，后序單元工藝方案將有較大差異，煤制天然氣項目采用新疆準(zhǔn)東礦區(qū)煤，根據(jù)煤種資料，全水分17.45%，空干基水分10.90%，低位發(fā)熱量21.38 MJ／kg（ar），灰熔點（DT）1040℃，（ST）1090℃，（FT）1130℃。屬于水分含量高，氧含量中等，較難成漿性煤種。其灰分含量中等、固定碳含量中等、發(fā)熱量較低，該煤樣灰熔點低，可磨性很好，硫含量低。屬于變質(zhì)程度較低的煤。

3 煤制天然氣各種工藝路線對比

根據(jù)準(zhǔn)東煤田煤質(zhì)情況，選擇有代表性的水煤漿、GSP、Shell、Lurgi碎煤加壓氣化與BGL五種大型煤氣化技術(shù)進(jìn)行工藝路線的比選。煤氣化技術(shù)的選擇直接關(guān)系到全廠各裝置或工序的投資、消耗，最終影響產(chǎn)品成本。為選擇最佳工藝路線，將上述五種工藝路線從全流程進(jìn)行綜合比選。

五種煤氣化技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟比較，詳見下表。（該表中水煤漿氣化以國產(chǎn)多元料漿為代表，產(chǎn)品規(guī)模為40億m3（標(biāo)）／a煤制天然氣）。

表1 五種氣化技術(shù)裝置對比表

表2 五種氣化技術(shù)裝置產(chǎn)品及消耗對比表

表3 五種氣化技術(shù)裝置投資及收益對比表

4 綜述

綜合以上比較，分析如下：

1）五種氣化技術(shù)項目總投資最高的是Shell，其次是水煤漿，GSP，Lurgi和BGL相近，BGL最低；單位完全成本最高、內(nèi)部回收率最低的是Shell，其次是水煤漿，GSP，Lurgi和BGL相近，BGL最低。

2）Shell煤氣工藝是一種大型化的潔凈煤氣化工藝，盡管Shell煤種適應(yīng)性廣氣化效率高，單爐能力大，粗合成氣中有效氣（CO＋H2）濃度高，煤氣化工藝操作費用較低，但總體投資高，綜合技術(shù)經(jīng)濟效益低，暫不推薦該技術(shù)。

3）水煤漿氣化技術(shù)國內(nèi)有多套該類生產(chǎn)裝置，具有非常豐富的工業(yè)化經(jīng)驗，技術(shù)成熟度高。但是由于原料煤成漿性較差，需增加原料煤的熱解處理，增加了投資和原料消耗，總體經(jīng)濟效益不理想。同時熱解產(chǎn)生含酚、含氨難以處理的廢水。因煤種原因采用水煤漿技術(shù)沒有太大優(yōu)勢。

4）準(zhǔn)東煤田的煤揮發(fā)份較高，化學(xué)活性好、灰熔點低（FT：1 130℃），特別適合熔渣床氣化技術(shù)；相反，較低的灰熔點，特別是灰熔溫度范圍窄（DT：1040℃、ST：1090℃、FT：1130℃），灰從變形溫度DT到最終流動溫度FT僅相差90℃，固態(tài)排渣爐氧化區(qū)的操作溫度必須控制得很低，為維持較低的氧化區(qū)溫度，必須加入大量的蒸汽來壓溫，導(dǎo)致污水處理量大，更適合熔渣爐工藝。

5）結(jié)合項目的原料特點、投資及總體經(jīng)濟效益和項目規(guī)模來看，GSP氣化技術(shù)和熔渣爐BGL更適合煤制氣項目，各有其優(yōu)缺點。

（1）BGL工藝的優(yōu)點：粗煤氣中含有部分甲烷，減少了后續(xù)流程的負(fù)荷和投資。與Lurgi爐相比較大地提高了氣化率和氣化強度，蒸汽使用量減少到Lurgi爐消耗量的10%～15%，蒸汽分解率超過90%，排放廢水是碎Lurgi爐的1／6。同時在生產(chǎn)主產(chǎn)品SNG的同時，副產(chǎn)高附加值的酚、焦油等副產(chǎn)品，經(jīng)濟效益最好[1]。

（2）BGL工藝缺點：本煤種需要增加原料煤成型裝置，使得流程復(fù)雜。排放污水量雖然與Lurgi爐相比減少了，但是污水中污染物濃度更高，處理難度更大，環(huán)保問題仍然存在。對于考慮污水不得外排，要求污水盡可能回用，需要對污水進(jìn)行減量化和零排放的技術(shù)措施。由于污水沒有外排渠道，一旦污水處理運行沒有達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，則需要足夠大的事故水儲存容積，同時返回循環(huán)水等其它裝置回用的水質(zhì)不能得到保證則會影響到整個裝置的運行。此外，若使用BGL工藝還存在兩個不確定因素。一是原料煤直接成型后的熱穩(wěn)定等指標(biāo)能否滿足BGL氣化技術(shù)所需要的指標(biāo)（即成型前是否需要其他預(yù)處理）需要經(jīng)過成型試驗后才能確定，如果不能滿足，則需增加原煤熱解，投資成本會增加很多，效益也會顯著下降。二是項目焦油等副產(chǎn)品在該地區(qū)的市場銷售問題。

a）BGL技術(shù)可靠性分析：BGL技術(shù)在內(nèi)蒙古金星化工項目和中煤圖克項目上均實現(xiàn)了長周期運行。

b）GSP工藝優(yōu)點：以粉煤為原料，煤種適應(yīng)性強，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)越，設(shè)備壽命長，裝置大型化，氣化爐臺數(shù)少，操作方便維護(hù)量小，連續(xù)運行周期長，在線率高，污水排放量小，污水處理簡單，投資低，節(jié)能環(huán)保；由于煤的灰熔點較低，GSP氣化的操作溫度較低，煤耗和氧耗相對較低[2]。

c）GSP工藝缺點：由于其氣化溫度較高，合成氣中甲烷含量低，后續(xù)流程的負(fù)荷較大，氧氣耗量較BGL技術(shù)多，空分投資較高，總投資比BGL技術(shù)稍高。由于沒有副產(chǎn)焦油等副產(chǎn)品，項目經(jīng)濟效益比BGL技術(shù)低一些。

d）GSP工藝技術(shù)可靠性分析：GSP工藝是Shell和水煤漿氣化技術(shù)的融合，在神華寧煤煤制烯烴項目上實現(xiàn)了長周期運行。

綜上所述，BGL氣化技術(shù)和GSP氣化技術(shù)各有優(yōu)勢，考慮到目前日趨嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，特別是處于新疆地區(qū)，對環(huán)保要求非常嚴(yán)格，在資源開發(fā)過程當(dāng)中，要最大限度地保護(hù)環(huán)境，一切對生態(tài)環(huán)境造成破壞，乃至影響可持續(xù)發(fā)展的項目，利潤再大，新疆都應(yīng)說“不”！在進(jìn)行氣化工藝選擇時應(yīng)進(jìn)行煤種試燒，綜合判斷才能有更全面的把握。

[1]汪家銘.BGL碎煤熔渣氣化技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)，2011，29（7）：34～39.

[2]齊景麗，孔繁榮.幾種煤氣化技術(shù)的先進(jìn)性與適用性分析[J].化工設(shè)計通訊，2012，（5）：15～19.

The choice of gasification process in SNG project

LI Shi-chao
（Zhundong Energy Chemical Industry of Zhejiang Energy Co.，Ltd.Qitai Xinjiang，831800，China）

This paper introduced coal quality of coal in jiang jun miao area of xin jiang Zhun dong coal has the character of high water，special low sulphur，high volatile points，Low ash melting point and a good grindability.the paper pointed out the option of gasification in SNG project by comparing kinds of coal gasification process based the characters.

sng；entrained flow gasification；slag gasification；GSP gasification；slurry gasification

TQ113.29

B

1003-6490（2015）03-0037-03

2015－06－10

李仕超（1981－），男，四川宜賓人，工程師，天津大學(xué)工程碩士，浙能集團新疆準(zhǔn)東能源化工有限公司工藝技術(shù)部副主任。