煤制天然氣氣質(zhì)產(chǎn)品組成分析

劉 巖

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

煤制天然氣氣質(zhì)產(chǎn)品組成分析

劉 巖

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

煤制天然氣不同于常規(guī)開采的天然氣，是通過化工過程合成的富含甲烷的燃?xì)猓a(chǎn)品氣的化學(xué)組成決定了最終產(chǎn)品氣的質(zhì)量，而產(chǎn)品氣中各組分的含量水平受整個生產(chǎn)工藝流程中不同單元工序的影響。結(jié)合現(xiàn)有單元過程的技術(shù)水平，本文分析了在正常操作條件下煤制天然氣各個單元工序?qū)ψ罱K產(chǎn)品氣體組分含量的影響?；诠I(yè)生產(chǎn)結(jié)果和項目設(shè)計數(shù)據(jù)，歸納分析了現(xiàn)有生產(chǎn)水平下煤制天然氣組分的含量水平，并討論了產(chǎn)品氣中甲烷含量與產(chǎn)品熱值的關(guān)系。

煤制天然氣；產(chǎn)品質(zhì)量；組成

能源問題早已成為世界各國關(guān)注的焦點，某種程度上嚴(yán)重影響著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的改善，與國計民生息息相關(guān)。煤作為一種化石能源，隨著石油儲量的減少，其開發(fā)利用早已走入人們的視野，煤制油，煤制烯烴，煤制天然氣等等早已成為多國科學(xué)家的研究課題，并且好多技術(shù)已經(jīng)用于生產(chǎn)或有大型試驗裝置。

1 國內(nèi)煤制天然氣工藝

1.1 加壓移動床(固定床)氣化

固態(tài)排渣魯奇爐在國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛。優(yōu)點為原料適應(yīng)性較好，單爐生產(chǎn)能力較大，氣化壓力較高，合成氣氫碳比適中，氣化煤時，可得到焦油、中油、輕油、粗酚氨等副產(chǎn)品；其缺點是煤氣化產(chǎn)生廢水量大并且處理難度大，合成氣質(zhì)量較差(含1096左右甲烷)。

1.2 流化床氣化爐工藝

(1)ICC灰容聚氣化爐。此氣化爐于2001年累計運行8000h以上，所得煤氣滿足合成氨生產(chǎn)需要。此技術(shù)由中國科學(xué)院山西煤化所開發(fā)應(yīng)用于陜西省一家企業(yè)。(2)其他流化床氣化技術(shù)。由我國自主研發(fā)并建示范廠的有，江蘇大學(xué)開發(fā)成功的FM1.6－Ⅰ型氣化爐，1998年鄭州建成首個示范煤氣站，兩臺爐產(chǎn)氣50000Nm3/d，向居民小區(qū)提供燃料氣；由上海申江化肥成套設(shè)備有限公司與寧夏吳忠富榮化肥工業(yè)有限公司聯(lián)合開發(fā)的載熱體常壓循環(huán)流化床粉煤氣化技術(shù)，于2000年進(jìn)行了煤氣產(chǎn)量為3000Nm3/h的工業(yè)性試驗，2002年8月達(dá)到連續(xù)運行。

2 煤制天然氣項目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性探討

2.1 技術(shù)方面

目前，國際上成熟的煤制天然氣的技術(shù)路線為煤氣化甲烷化工藝。該工藝通過煤氣化將煤轉(zhuǎn)化為粗合成氣(主含CO和H2)，粗合成氣經(jīng)水蒸汽變換、凈化(脫硫、脫碳)后進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。

煤制天然氣的整體工藝流程較短，大部分技術(shù)已較為成熟，且已在美國大平原氣化廠有20余年的成功運行經(jīng)驗。因此，可以說煤制天然氣項目的運營基本不存在顛覆性的技術(shù)風(fēng)險，而最大的技術(shù)難題可能將出現(xiàn)在廢水“零排放”方面。企業(yè)應(yīng)根據(jù)項目現(xiàn)場水源、地質(zhì)等情況進(jìn)行取舍，而不是單純以“零排放”口號作為項目技術(shù)上的亮點。

2.2 經(jīng)濟(jì)性方面

國家發(fā)改委大幅提高了國內(nèi)天然氣門站價，這為國內(nèi)煤制天然氣項目提供了實質(zhì)的利好，也給即將開工以及規(guī)劃上馬的煤制天然氣項目注入了一支強(qiáng)心劑。然而在大家對煤制天然氣項目的經(jīng)濟(jì)效益充滿信心的形勢下，我們還是要對煤制天然氣項目的效益提出一些擔(dān)憂。

首先，煤制天然氣企業(yè)在項目決策前需認(rèn)真考慮無法入網(wǎng)以及該期間可能產(chǎn)生的財務(wù)成本問題。以300億投資的40億m3/a煤制天然氣項目為例，貸款利息1年就是十幾個億，即使分期建設(shè)，財務(wù)成本也是一個沉重的負(fù)擔(dān)，這將直接影響煤制天然氣的成本。

其次，煤制天然氣對水資源要求較高，這也是煤化工的通病。同時，煤制天然氣廢水中含有大量的酚類，烷烴類，芳香烴類和雜環(huán)類等物質(zhì)，屬于難降解廢水，因此水耗大和廢水難處理是煤制天然氣項目的一個攔路虎。雖然目前煤化工企業(yè)聲稱可實現(xiàn)廢水零排放，但實際運行效果往往并不理想，實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放已屬不易。但無論爭議如何，隨著我國對于環(huán)保要求的逐步提升，煤制天然氣項目必將為不斷提高的環(huán)保成本上進(jìn)行買單，并顯著地體現(xiàn)在煤制天然氣的成本上。

2.3 考慮天然氣漲價對煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的影響

2013年6月28日，國家發(fā)改委下發(fā)關(guān)于天然氣價格調(diào)整方案。天然氣門站價的上漲無疑是對煤制天然氣項目的絕對利好，但在利好面前，新進(jìn)企業(yè)尤其是煤制氣、頁巖氣等非常規(guī)天然氣的新進(jìn)企業(yè)也不能盲目樂觀，仍要看清國內(nèi)天然氣的市場現(xiàn)狀。

我國天然氣市場結(jié)構(gòu)仍是一種壟斷性的市場結(jié)構(gòu)，基于目前的國家政策來看，天然氣門站價的本輪上漲，最大受益者實際上是掌握了上游資源的三大石油公司，三大石油公司通過本輪漲價大大的降低了其進(jìn)口管道氣和LNG的虧損，其在國內(nèi)天然氣領(lǐng)域的壟斷市場地位更為牢固，競爭力更為強(qiáng)勁。因此，煤制天然氣等相關(guān)非常規(guī)油氣企業(yè)還需從自身出發(fā)，從項目的綜合效益出發(fā)對項目開展決策研究。

3 影響產(chǎn)品組成的關(guān)鍵單元裝置

總體而言，煤制天然氣產(chǎn)品組成由兩個部分組成：一部分是提供熱值的組分，包括具有最大含量的甲烷組分和一定數(shù)量的氫氣，其組成取決于甲烷化催化劑對原料氣的轉(zhuǎn)化率和對目標(biāo)產(chǎn)物甲烷的選擇性；另一部分是不提供熱值的惰性氣體，其成分和含量由各級工藝單元引入或脫除雜質(zhì)氣體的控制指標(biāo)決定?？梢?，在現(xiàn)有技術(shù)水平條件下，煤制天然氣各生產(chǎn)單元都對最終的產(chǎn)品組成產(chǎn)生一定的影響。生產(chǎn)工藝流程包括多個工藝單元，每個單元工藝又可以有不同的技術(shù)方案，通常根據(jù)原料煤的性質(zhì)選擇單元技術(shù)方案，因此將會得到不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

分析研究煤制天然氣生產(chǎn)工藝主要單元，如空分、煤氣化、水氣變換、脫酸性氣、甲烷化、干燥等對煤制天然氣產(chǎn)品組成的影響，尤其需要明確影響煤制天然氣產(chǎn)品組成的關(guān)鍵單元，以便于為技術(shù)比選、產(chǎn)品質(zhì)量控制提供指導(dǎo)。

單元裝置操作的精細(xì)化和技術(shù)指標(biāo)的提高，有利于提高CH4選擇性，同時也提升了產(chǎn)品氣的熱值，增強(qiáng)煤制天然氣與常規(guī)天然氣的互換性，但是需要付出高操作成本和高能耗的代價。因此，煤制天然氣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，首要是產(chǎn)品氣需要滿足國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對天然氣技術(shù)指標(biāo)的強(qiáng)制性要求，其次是需要考慮裝置工藝過程的穩(wěn)定操作和成本最低化。

[1] 趙澤秀，張忠平.石油天然氣與煤制天然氣生產(chǎn)區(qū)別和優(yōu)勢[J].煤炭加工與綜合利用，2014，(6)：9-14.

[2] 賀永德.煤化工技術(shù)手冊[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：374-586.