煤制天然氣氣化技術(shù)選擇探討簡

煤制天然氣氣化技術(shù)選擇探討

陳麗 ， 程延峰

(河南能源化工集團(tuán)有限公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬472300)

摘要：根據(jù)原料煤特性、產(chǎn)品定位，從投資及能效等方面進(jìn)行綜合比較分析，選擇合理的、節(jié)能的工藝流程路線方案，從而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保與節(jié)能減排效益。

關(guān)鍵詞：工藝路線 ； 選擇 ； 節(jié)能 ； 效益

中圖分類號(hào)：TQ054文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

收稿日期：2014-11-07

作者簡介：陳麗(1973-)，女 ，高級(jí)工程師 ，從事煤化工工作，電話：(0398)5625516。

0前言

以煤為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的煤氣化技術(shù)很多，按照氣固相之間相接觸的方式不同，可將煤氣化工藝分為三類，分別有固定床氣化、氣流床氣化和流化床氣化工藝。自20世紀(jì)50年代加壓煤氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來，隨著科技的發(fā)展，煤氣化技術(shù)也日趨先進(jìn)和成熟。目前已成功開發(fā)了煤種適應(yīng)性廣、氣化壓力高、生產(chǎn)能力大、氣化效率高、污染少的多種新一代煤氣化工藝。

煤氣化技術(shù)的選擇，必須根據(jù)項(xiàng)目所在地的原料特性、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、投資、能耗進(jìn)行綜合比較，通過企業(yè)自己的實(shí)力與產(chǎn)品定位，通盤考慮、審慎決策。總之，沒有最好的氣化方案，只有最適合的氣化方案。選擇成熟、合理的氣化方案必將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保與節(jié)能減排效益。本文選取具有代表性的、工藝成熟、應(yīng)用廣泛的氣流床和固定床氣化技術(shù)：Shell方案、提質(zhì)+E-gas方案、碎煤加壓氣化方案以及碎煤熔渣加壓氣化(BGL)方案，重點(diǎn)從原料適應(yīng)性、氣化規(guī)模、技術(shù)可靠性、投資及能耗方面進(jìn)行分析論證，選擇合適的煤氣化技術(shù)方案，以提高項(xiàng)目的技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)性，降低投資風(fēng)險(xiǎn)。

1原料煤適應(yīng)性比較

不同的煤氣化工藝要求有不同煤種特性。項(xiàng)目擬使用的煤種性質(zhì)見表1。

表1　原料煤的工業(yè)分析　　　　%

表2　原料煤的元素分析　　　　%

表3　原料煤的其他分析數(shù)據(jù)

不同煤種有不同的適應(yīng)工藝。從表1可以看出，原料煤全水和內(nèi)水含量較高，煤種特性為灰分適中(空氣干燥基灰含量為15.36%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))、灰熔點(diǎn)較低(流動(dòng)溫度1 220 ℃)。

①Shell氣化方案對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性較廣，本項(xiàng)目的灰含量為15.36 %，對(duì)采用膜式水冷壁的氣化爐來說較為有利。②E-gas水煤漿氣化要求原煤成漿性指標(biāo)D≤10，根據(jù)煤炭成漿性計(jì)算得到其收到基原煤成漿性指標(biāo)D=11，屬于較難成漿的煤種。如采用水煤漿氣化，可先對(duì)原料煤進(jìn)行提質(zhì)干燥，得到的半焦產(chǎn)品制得水煤漿的濃度為63%。

③碎煤加壓氣化供煤條件較苛刻，要求塊煤以5～50 mm的粒度進(jìn)料，一般要求熱穩(wěn)定性≥ 70%，黏結(jié)指數(shù)≤4。

綜上所述，從各氣化工藝的要求的煤質(zhì)來看，除了E-GAS水煤漿氣化須采用褐煤提質(zhì)滿足成漿性要求，其他氣化工藝均適應(yīng)該煤種。

2氣化規(guī)模比較

項(xiàng)目規(guī)模決定了項(xiàng)目必須是多臺(tái)氣化爐并聯(lián)操作，單臺(tái)氣化爐的能力是影響氣化技術(shù)比的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，選擇能力較大的爐型可以減少氣化爐臺(tái)數(shù)，節(jié)約占地和投資。根據(jù)裝置規(guī)模及氣化爐能力確定項(xiàng)目配置氣化爐數(shù)量。由于氣化原理及操作條件的不同，四種氣化方案生產(chǎn)的粗煤氣量及組成各異，四種氣化工藝代表爐型產(chǎn)粗煤氣的情況見表4。

表4　各氣化工藝代表爐型產(chǎn)粗煤氣情況

3四種氣化方案優(yōu)缺點(diǎn)

Shell工藝、碎煤加壓氣化工藝、BGL工藝目前國內(nèi)均有正在運(yùn)行的裝置，E-gas工藝在國內(nèi)只有一套在建裝置，暫無運(yùn)行業(yè)績。 Shell工藝的可靠性目前正在向越來越好的方向發(fā)展，最長運(yùn)行周期目前已能達(dá)到170 d。碎煤加壓氣化技術(shù)的運(yùn)行業(yè)績最多，運(yùn)行時(shí)間長，其運(yùn)行情況國內(nèi)有多家工廠可以進(jìn)行調(diào)研。

3.1　碎煤加壓氣化技術(shù)

碎煤固定床加壓氣化是加壓固定床氣化的代表，在20世紀(jì)30年代已工業(yè)化，是成熟的氣化方法，目前國內(nèi)外都有使用，在設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行方面均已取得豐富經(jīng)驗(yàn)。碎煤固定床加壓氣化具有開停車簡單、檢修周期短、生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富等特點(diǎn)，能夠達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行，單爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間可達(dá)200 d以上。

存在的主要問題：①碎煤加壓氣化要求入爐煤的粒徑在6~50 mm，塊煤進(jìn)料，對(duì)煤的灰熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、結(jié)焦性、黏結(jié)指數(shù)等均有要求。②廢水量大，成分復(fù)雜，含有的苯、酚及油類等多種有機(jī)物，處理難度大，污水治理流程長，運(yùn)行成本高。

3.2　BGL氣化技術(shù)

與碎煤固定床加壓氣化固態(tài)排渣相比，BGL氣化技術(shù)汽氧比低，蒸汽分解率高，蒸汽消耗低，煤氣化廢水產(chǎn)出量低。因?yàn)榭刂戚^高爐溫，粗煤氣中CO2含量降低。

存在的主要問題：①氣化爐檢修時(shí)間相對(duì)較長，一般為15 d左右。②入爐煤的粒徑在6~50 mm，塊煤進(jìn)料，對(duì)煤的灰熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、結(jié)焦性、黏結(jié)指數(shù)等均有要求。③廢水量小，但廢水濃度高，成分復(fù)雜，處理難度大，污水治理流程長，廢水處理需要較高成本。 ④熱穩(wěn)定性差的煤種在氣化爐干燥過程中易粉化，影響氣化強(qiáng)度，造成氣化爐負(fù)荷受到限制。

3.3　Shell氣化技術(shù)

單爐處理能力大，粗煤氣有效成分(CO+H2)高達(dá)90%左右，煤種適應(yīng)范圍廣，對(duì)煤質(zhì)無特別要求。自國內(nèi)引進(jìn)該技術(shù)以來，通過多年探索改進(jìn)和消化吸收，大型氣化爐(投煤量公稱能力2 000 t/d及以上)的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行負(fù)荷也得到了長足進(jìn)步。

存在的主要問題：Shell為干法進(jìn)料氣化工藝，由于原料煤水分高，磨煤干燥能耗高于其他工藝。

3.4　E-gas氣化技術(shù)

E-gas煤氣化工藝的飛灰循環(huán)到氣化爐重新氣化，因此它的碳轉(zhuǎn)化率比一段式水煤漿氣化技術(shù)更高；通過調(diào)節(jié)二段水煤漿進(jìn)料、汽水等流量可實(shí)現(xiàn)合成氣中CH4含量在2%～10%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。故它對(duì)于生產(chǎn)煤基合成天然氣項(xiàng)目具有更大故優(yōu)勢。

存在的主要問題：①E-gas水煤漿氣化要求原煤成漿性指標(biāo)D≤10，如采用水煤漿氣化，需通過提質(zhì)處理。②目前在國內(nèi)還沒有E-gas氣化的運(yùn)行業(yè)績。對(duì)于其運(yùn)行可靠性還需要進(jìn)一步考察。

4投資及能耗比較

4.1　投資估算

四種方案的全廠投資估算見表5。

建設(shè)投資包括固定資產(chǎn)投資、無形資產(chǎn)投資、其他資產(chǎn)投資。其中固定資產(chǎn)投資包括主裝置、輔助生產(chǎn)裝置、公用工程、儲(chǔ)運(yùn)、服務(wù)性工程等投資。

4.2　能耗比較

項(xiàng)目主要能耗指標(biāo)對(duì)比見表6。

表5　四種方案的全廠投資估算表

表6　項(xiàng)目主要能耗指標(biāo)對(duì)比表

5結(jié)論

綜上所述，從四種氣化藝的煤質(zhì)角度來看，除了E-gas水煤漿氣化須采用褐煤提質(zhì)滿足成漿性要求外，其他氣化工藝均適應(yīng)該煤種。四種氣化工藝除了E-gas在國內(nèi)還沒有氣化的運(yùn)行實(shí)例，其他三種氣化工藝均在國內(nèi)有運(yùn)行，其中BGL氣化工藝在國內(nèi)運(yùn)行效果暫時(shí)還不理想，不能達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行，可靠性還有待觀察。Shell煤氣化技術(shù)和碎煤加壓氣化在國內(nèi)都能夠達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行，可靠性高。本項(xiàng)目產(chǎn)品為SNG，要求煤氣化所產(chǎn)的粗合成氣中甲烷含量應(yīng)盡可能的高。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于：生產(chǎn)同樣能力的合成天然氣有效氣(CO+H2)用量較少，下游工藝裝置的規(guī)模也可以相應(yīng)減小。碎煤加壓氣化的粗煤氣中甲烷含量達(dá)10%以上，粗煤氣中甲烷含量的提高降低了后續(xù)裝置的負(fù)荷，相應(yīng)降低了裝置規(guī)模，無論是在總投資還是千標(biāo)準(zhǔn)立方米能耗方面都比Shell煤氣化技術(shù)有很大優(yōu)勢，可作為SNG產(chǎn)品定位項(xiàng)目優(yōu)先選擇的對(duì)象。在經(jīng)濟(jì)性方面有很大優(yōu)勢。