煤制天然氣工藝的研究與應用

第31卷第11期企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)2012年4月Vol 31 No. 1TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISEAp:2012煤制天然氣工藝的研究與應用李積強’,盛莉莉2黎菲3(1中電投新疆能源有限公司塔城分公司,新疆烏魯木齊83000032青海省化工設計研究院有限公司,青海西寧810000;3山東正信安全評價(jià)有限責任公司,山東聊城252000摘要:文章采用先進(jìn)的煤氣化和甲烷化技術(shù)建設大型煤制天然氣項目,闡述了研究和開(kāi)發(fā)煤氣化技術(shù)的重要意義,詳細介紹了目前國內外主流煤氣化技術(shù)的進(jìn)展及應用,比較了各種煤氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),并對如何選擇煤氣化技術(shù)提出了詳細的方案關(guān)鍵詞:煤氣化;氣化爐;碎煤加壓;應用中圖分類(lèi)號:TQ546文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2012)11-0169-03我國煤炭資源較豐富,近年來(lái)煤化工行業(yè)發(fā)展迅速,游一體化發(fā)展,有效帶動(dòng)了大型煤制甲醇裝置的建設。在煤化工行業(yè)中最為關(guān)鍵和重要的是通過(guò)潔凈、高效的13煤制烯烴技術(shù)將煤炭轉化為合成氣(CO+H2),即煤的氣化技術(shù)。先煤制烯烴分為煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇進(jìn)的煤氣化技術(shù)不僅能減輕燃燒排放物對大氣的污染,制烯烴四項技術(shù)。煤制烯烴即煤基甲醇制烯烴,是指以煤而且還能夠很大地提高煤炭利用率,是煤炭化工、煤炭直為原料合成甲醇后再通過(guò)甲醇制取乙烯、丙烯等烯烴的接或間接液化、GCC技術(shù)、燃料電池等高新潔凈煤利用技術(shù)。甲醇制烯烴技術(shù)已日趨成熟,具備工業(yè)化條件,存技術(shù)的先導性技術(shù)和核心技術(shù)。在的主要問(wèn)題不在工藝上,而在催化劑上。目前,催化劑1煤制氣技術(shù)的發(fā)展的長(cháng)周期運轉的數據并沒(méi)有出來(lái),催化劑的單程轉化率收率、副產(chǎn)物的組成,催化劑、原材料和公用工程的消耗煤化工是以煤為原料,經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉化為氣定額、催化劑衰減的特性曲線(xiàn)廢催化劑的毒性和處理、體、液體、固體燃料以及化學(xué)品的過(guò)程。煤化工分為傳統催化劑制備的污水組成和數量、整個(gè)裝置單程和年連續煤化工和現代煤化工,傳統煤化工產(chǎn)品主要包括合成氨、運行的時(shí)間、廢液廢氣的排放等多項重要數據目前沒(méi)有甲醇、焦炭和電石等目前,我國現代煤化工明確了把煤公布。因此,大規模工業(yè)化尚需時(shí)日制油、煤制烯烴、煤制二甲醚、煤制天然氣、煤制乙二醇作2天然氣的消費量為現代煤化工的代表11煤炭氣化天然氣是埋在地下的古生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的高溫和高煤炭氣化是指煤在特定的設備內,在一定溫度及壓壓作用下形成的可燃氣體。天然氣的主要成份是甲烷,是力下使煤中有機質(zhì)與氣化劑(如蒸汽/空氣或氧氣等)發(fā)最簡(jiǎn)單的烷烴,也是有機物中最簡(jiǎn)單的穩定化合物。是生一系列化學(xué)反應,將固體煤轉化為含有CO、H2、CH等種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、可燃氣體、潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源。微可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的過(guò)程。氣化過(guò)程發(fā)生溶于水、乙醇、乙醚等有機溶劑。的反應包括煤的熱解、氣化和燃燒反應。煤炭氣化工藝可天然氣按其形成可分為:油田氣、煤層氣、生物氣和按壓力、氣化劑、氣化過(guò)程供熱方式等分類(lèi),常用的是按水合物氣四種。油田氣是石油烴類(lèi)天然氣,煤層氣是成煤氣化爐內煤料與氣化劑的接觸方式區分,主要有固定床過(guò)程中有機質(zhì)產(chǎn)生的甲烷氣,生物氣是有機質(zhì)在70℃以氣化、流化床氣化和氣流床氣化。雖然煤的氣化是發(fā)展時(shí)下遭厭氧徵生物分解產(chǎn)生的甲烷氣,水合物氣是在低溫間較長(cháng)的一種技術(shù),但仍然存在許多問(wèn)題未解決,如煤品高壓下,甲烷等氣體分子滲入水分子晶隙中締合的氣體。種的適應性、轉化率、裝置穩定運行等。表1詳細的說(shuō)明我國天然氣生產(chǎn)量從1995年的1795億煤制甲醇m到2011年1130億m3增長(cháng)了6倍,天然氣的生產(chǎn)量滿(mǎn)煤制甲醇即以煤為原料生產(chǎn)甲醇。我國利用高硫、劣足不了消費量?？梢?jiàn)要用先進(jìn)的工藝技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足工業(yè)以質(zhì)煤生產(chǎn)甲醇的技術(shù)處于世界前列,且原料來(lái)源穩定可及生活需求天然氣。天然氣按用途分類(lèi),可分成燃料和化靠,已初步形成了4000萬(wàn)ta的生產(chǎn)能力工兩大類(lèi),其中燃料包括燃氣發(fā)電、民用燃料、工業(yè)燃料化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展拉動(dòng)我國甲醇消費量快速增車(chē)用燃料等,從圖1中可以看出隨著(zhù)我國天然氣利用政長(cháng)。隨著(zhù)甲醇下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和甲基叔丁基醚(MTBE)、策的出臺,以及能源價(jià)格改革方案的推進(jìn),天然氣利用結農藥、醋酸、聚甲醛等新裝置的建設,以及甲醇燃料的推構正在由化工中國煤化工然氣用氣比例的廣和應用,甲醇的需求市場(chǎng)進(jìn)一步擴張。國內煤炭企業(yè)為提高。CNMHG增強核心競爭力、調整產(chǎn)品結構、延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈,注重上下3煤氣化工藝技術(shù)作者簡(jiǎn)介:李積強(1980-),男,助理工程師,主要從事電力工程3.1煤氣化爐介紹建設、咨詢(xún)、安評與設計工作170企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)2012年4月表1我國天然氣產(chǎn)量和消費量統計煤,副產(chǎn)焦油少,碳利用率低年份生產(chǎn)消費流床氣化爐如圖2(c)所示,將粉煤與氣化劑(氧氣和產(chǎn)量,億m3增長(cháng)率,%消費量,億m3增長(cháng)率,%水蒸氣)一起從噴嘴高速吹入爐內迅速氣化。特點(diǎn)是不副1995179.5177產(chǎn)焦油,生成氣中甲烷含量少。氣流床氣化是目前煤氣2000272.05153245化技術(shù)的主流,代表著(zhù)今后煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。氣流2001303.3274.31196床按照進(jìn)料方式又可分為濕法進(jìn)料(水煤漿)氣流床和干7686.38法進(jìn)料(煤粉)氣流床2003350.27.23339.116.213.2三種煤氣化工藝的比較2004407.718.50396.716.99我國引進(jìn)并被廣泛采用的三種先進(jìn)煤氣化工藝2005499.5479020.75魯奇氣化爐、殼牌氣化爐、德士古氣化爐,三種煤氣化工2006585519.25568藝的對比如表2所示。2007693.1673.04魯奇碎煤加壓氣化裝置流程2008760.89.7780719.9120098371602表2三種煤氣化工藝的對比201096261010氣化爐優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)主要廠(chǎng)家201111301.2117941992魯奇氣生產(chǎn)能力大,以生產(chǎn)的合成氣云南解放軍化肥化爐塊煤為原料尤中甲烷含量河南煤氣集團義馬我國天然氣消費結構及需求預測(單位;%)其適應褐煤,碳高,焦油和苯氣化廠(chǎng)轉化率高,調節酚等液狀物較山西潞安煤基合成負荷方便。多,生產(chǎn)流程油有限公司長(cháng),投機大,結新疆廣匯新能源有13.構復雜,加工限公司難度大。大唐國際發(fā)電股份有限公司殼牌氣干粉煤進(jìn)料,煤投資高,設備云南云天化股份有圖1我國天然氣消費結構預測化爐種適應廣,碳轉造價(jià)過(guò)高,建限公司化率高,甲烷含設周期較長(cháng);湖北雙環(huán)化工集團量少,氧耗低配套的干燥,有限公司15%~20%,單磨煤,高壓氮河南中原大化有限爐生產(chǎn)能力大,氣、冷用合成公司運轉周期長(cháng),氣氣加壓所需的天津渤?；ぜ瘓F化效率高,氣化功耗較大。天津堿J過(guò)程無(wú)廢氣排神華集團寧夏分公放。司灰分德士古水煤漿進(jìn)料,對耗氧量大,投安徽淮化集團有限氣化爐煤種的適應較資大,技術(shù)費公司寬,單爐生產(chǎn)能用高。神華集團包頭分公灰分u)圃定床心)流化床()氣流床d癖釀珠力大碳轉化率高,煤氣質(zhì)量陜西渭化煤化集團圖2各種煤氣化爐模式圖好,甲烷含量山東魯南化肥廠(chǎng)煤氣化被譽(yù)為煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭技術(shù),目前可作為低,廢物排放中國中化集團大型工業(yè)化運行的煤氣化技術(shù),可分為固定床氣化技術(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)由于各種煤氣化工藝復雜多樣,目前世界上還沒(méi)有當實(shí)際沒(méi)應用開(kāi)發(fā),各種煤氣化爐的模式見(jiàn)圖2。煤氣化萬(wàn)能的氣化爐,各種煤氣化工藝技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn),具有爐又稱(chēng)煤氣發(fā)生爐( gas producer)典型的工業(yè)化煤氣化爐定的適應范圍。因此,在煤氣化工藝選型時(shí),要結合實(shí)型有:UGI爐、魯奇爐、溫克勒爐( Winkler)、德士克爐際情況,選擇適合自己的煤氣化技術(shù)。我公司中的煤制天( Texaco)和道化學(xué)煤氣化爐( Dow Chemical)然氣工程用煤為為伊南煤田長(cháng)焰煤,無(wú)粘結性,采用魯奇固定床氣化爐是最早開(kāi)發(fā)出的氣化爐,如圖2(a)所公司的固定床加壓氣化技術(shù),爐型選用MARK-Ⅳ,單臺示,爐子下部為爐排,用以支撐上面的煤層。通常,煤從氣裝置日處理煤量約750t。需要說(shuō)明的是,魯奇固定床氣化爐的頂部加入,而氣化劑(氧或空氣和水蒸氣)則從爐化技術(shù)中國煤化工術(shù),國內已有多套生子的下部供入,因而氣固間是逆向流動(dòng)的特點(diǎn)是爐內煤產(chǎn)裝置。CNMHG代號,代表了加壓固定處理量小,大規?；щy。床這一煤氣長(cháng)小,以議個(gè)上乙設計、設備制造、工程流化床氣化爐如圖2(b)所示,在分散板上給予粉施工、工業(yè)生產(chǎn)等已全部可以國產(chǎn)化,同時(shí)也不存在與德煤,在分散板下送入氣化劑(氧氣和水蒸氣),將粉煤在懸國魯奇公司或南非 SASOL公司的知識產(chǎn)權問(wèn)題浮狀下氣化。缺點(diǎn)是流化床氣化爐不能用灰分融點(diǎn)低的魯奇碎煤加壓氣化裝置由氣化爐、加煤煤鎖和排灰第31卷第11期李積強,等:煤制天然氣工藝的研究與應用171灰鎖組成并與氣化爐相聯(lián)接。氣化用煤經(jīng)過(guò)破碎及篩分,保護。在這些城市及周邊地區,煤炭的使用和機動(dòng)車(chē)的迅裝置運行時(shí),合格的煤加入氣化爐上部之煤斗。對煤鎖進(jìn)速增加產(chǎn)生了污染問(wèn)題,這個(gè)問(wèn)題日趨明顯而且正在影行充壓,從常壓充至氣化爐的操作壓力。在向氣化爐加完響著(zhù)中國大部分的人口。由于這是政府優(yōu)先要解決的問(wèn)煤之后,煤鎖再卸壓至常壓,以便開(kāi)始下一個(gè)加煤循環(huán)過(guò)題,所以制定了很多降低污染的政策,其中就包括增加利程。用來(lái)自煤氣冷卻裝置的粗煤氣和來(lái)自氣化爐粗煤氣用清潔燃料的政策。以天然氣為主的清潔燃料的普及應使煤鎖分兩步充壓;煤鎖卸壓的煤氣收集于煤鎖氣氣柜,用,將減少由于工業(yè)廢氣對不堪負重的大氣污染,其需求并由煤鎖氣壓縮機送往變換冷卻工號。減壓后,留在煤鎖將十分強勁,天然氣市場(chǎng)前景廣闊。到2011年,中國國中的少部分煤氣,用引射器抽出。經(jīng)煤塵旋風(fēng)分離器除去內管道天然氣需求量約1200億Nm3,而國內生產(chǎn)能提供煤塵后排入大氣。氣化劑一蒸汽、氧氣混合物,經(jīng)安裝在的只有1000億Nm3,天然氣供應缺口將達200億Nm3;氣化爐下部的旋轉爐篦進(jìn)入灰渣層,氣化劑溫度提高,灰2015年中國天然氣需求將達1700億Nm,而國內生產(chǎn)能渣溫度降低。在燃燒區燃燒一部分煤,為吸熱的氣化反應提供的只有1200億Nm,天然氣供應缺口將達500億提供所需的熱。在氣化爐的上段,剛加進(jìn)來(lái)的煤向下移Nm3;到2020年將達到2000億Nm3以上,占我國能源消動(dòng),與向上流動(dòng)的氣流逆流接觸。在此過(guò)程中,煤經(jīng)過(guò)干費總量的比例將從25%-2.6%上升為7%~10%,而缺燥、干餾和氣化后,在與人爐氧進(jìn)一步燃燒,最后只有灰口至少達1000億Nm3。殘留下來(lái),灰由氣化爐中經(jīng)旋轉爐篦排入灰鎖,再經(jīng)灰斗我國正在加快引進(jìn)國際天然氣資源,是21世紀中國排至水力排渣系統。氣化所需蒸汽的一部分在氣化爐的發(fā)展外向型能源經(jīng)濟的重點(diǎn)之一,是中國21世紀重大的夾套內產(chǎn)生,從而減少了中壓蒸汽的需求。為此向氣化爐能源戰略?，F已經(jīng)計劃從俄羅斯、中亞土庫曼斯坦、哈薩夾套中加入中壓鍋爐給水,氣化爐中產(chǎn)生的蒸汽,經(jīng)汽/克斯坦進(jìn)口天然氣,中亞天然氣管道預計2009年底實(shí)現液分離器送往氣化劑系統,蒸汽/氧氣在此按比例混合第一期工程單線(xiàn)通氣,將從中亞向中國輸送約300億好噴射人氣化爐。離開(kāi)氣化爐的粗煤氣以CO、H2、CH4、Nm3的天然氣,2010年第二期實(shí)現雙線(xiàn)通氣,新增300億HO和CO2為主要組分。離開(kāi)氣化爐的煤氣首先進(jìn)入洗Nm3從201年開(kāi)始,俄羅斯每年也將向中國出口600億滌冷卻器,在此,煤氣用循環(huán)煤氣水加以洗滌并使其飽至800億Nm3。此外云南省從緬甸進(jìn)口天然氣100億和。洗滌冷卻器的用途首先是將煤氣溫度降至200℃左Nma的管道項目已正式實(shí)施,將于2010年上半年建成右,其次是除去可能夾帶的大部分顆粒物。飽和并冷卻后投產(chǎn)。的煤氣進(jìn)入廢熱鍋爐,通過(guò)生產(chǎn)0.5MPa(g)低壓蒸汽來(lái)綜上所述我國燃氣十分緊缺,不得不從國外進(jìn)口大回收一部分煤氣中蒸汽的冷凝熱。在廢熱鍋爐下部收集量石油液化氣、液化天然氣及管道天然氣。從國外購進(jìn)燃到的冷凝液的一部分,用洗滌冷卻器循環(huán)泵送出。多余的氣不僅價(jià)格貴,而且還受多種不確定因素影響。如何保證煤氣水送往煤氣水分離裝置。離開(kāi)氣化工段的粗煤氣在能源安全供應是在引進(jìn)國外氣源是必須重視的問(wèn)題。煤壓力3910kPa(g)、溫度185℃飽和狀況下,通過(guò)粗煤氣制天然氣立足國內,可以減輕對國外的依賴(lài),具有長(cháng)遠的總管進(jìn)入煤氣變換、煤氣冷卻工段。煤鎖氣回收系統供所戰略意義。有氣化爐系列所用。煤制天然氣應用前景參考文獻我國目前是世界上天然氣需求增長(cháng)最快的國家之]藺華林,李克健趙利軍煤制合成天然氣現狀及其發(fā)展[J我國87%以上的天然氣用于化工、城市燃氣和發(fā)電等上?；?2010.35(9):25-32工業(yè)部門(mén),其中化肥生產(chǎn)就占383%。居民用氣在天然氣②2]趙勇,王巍郝天翼等煤氣化技術(shù)研究進(jìn)展電力技術(shù)消費總量中所占11%隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設持續穩定發(fā)展2010,19(6):1-6對天然氣的需求量將繼續增加,城市燃氣、工業(yè)用氣和發(fā)B]何忠,黃曉曦煤制天然氣工藝技術(shù)和催化劑的研究進(jìn)展電等消費需求都將快速增長(cháng)。職化工進(jìn)展2011(30388-392我國城鎮的發(fā)展導致了天然氣需求的增長(cháng)。在經(jīng)濟4錢(qián)衛黃于益煤制天然氣(SNG)技術(shù)現狀門(mén)轉化利用,高速增長(cháng)的今天,隨著(zhù)廣東珠江三角洲、上海長(cháng)江三角洲2011,17(1):26地區、環(huán)渤海地區城市的發(fā)展已率先進(jìn)入了工業(yè)化時(shí)代5]藺華林李克健趙利軍煤制合成天然氣現狀及其發(fā)展U也率先進(jìn)入了城市天然氣時(shí)代。中國大城市人口的聚集化工時(shí)刊2010,35(9:25-35和小城市的增加以及經(jīng)濟的增長(cháng)日益敦促人們重視環(huán)境中國煤化工CNMHG