煤制天然氣項目氣化技術(shù)方案研究

廣東化工2014年第16期.100.www.gdchem.com第41卷總第282期煤制天然氣項目氣化技術(shù)方案研究馬炯(中石化南京工程有限公司，江蘇南京11100)0[摘要]通過(guò)對多種煤氣化技術(shù)對比研究， 針對特定項目條件下不同氣化技術(shù)和煤種時(shí)氣化模擬計算和技術(shù)經(jīng)濟測算，提出煤制天然氣項目氣化技術(shù)方案選擇時(shí)的基本思路，在能效、 環(huán)保和經(jīng)濟性三個(gè)方面找到最佳平衡點(diǎn)。[關(guān)鍵詞]煤氣化技術(shù)分析:模擬計算及技術(shù)經(jīng)濟測算:氣化技術(shù)選擇[中圖分類(lèi)號]TQ[文獻標識碼]A[文章編號1007-1865(2014)6-0100-02Technology Scheme Study of Gasification in Synthesis Gas Project from CoalMa Jiong(Sinopec Nanjing Eninering & Constuction INT, Nanjong 21100 China)Abstract: The paper conducted comparativv research about vrios coal gaifctioo veolo Gasficatio simulated alculatiotou ande ecboia eoCogasifcation technology. Gasification simulated calculation and technical economicestimate is made for dferet gaifcetion technology and coal type in specific projete conditon. Then this Papert PpUIS frward!te bascedcea abou BastceKeywords: analysis of coal gaifcation tchnology; gifcation simulation and tchnical ecoaomic estimate: slection of gsification tchnoloy近年來(lái)，國內煤化工項目建設方興未艾，裝置規模越來(lái)越大，結構形式分為水冷壁和耐火磚。常見(jiàn)的氣流床有: GE水煤漿、華煤氣化技術(shù)應用多種多樣凹。煤氣化技術(shù)選擇正確與否是決定煤理四噴嘴水煤漿、E-gas 水煤漿、Shell粉煤、航天粉煤、SE粉煤、化工項目成敗的關(guān)鍵因素之一。對其進(jìn)行分析研究，結合項目特科林粉煤和GSP粉煤等。其特點(diǎn)是:氣化溫度高，碳轉化率高，點(diǎn)、原料特性、產(chǎn)品結構和建設條件等多方面要素進(jìn)行比選，可有效氣組份高，甲烷、氨和烴類(lèi)有機物極少，氣化廢水處理相對以為項目規劃和決策提供正確的參考意見(jiàn)，提高我國煤化工技術(shù)簡(jiǎn)單:原料輸送計量精度和氧煤比控制相對準確。但原料制備要水平和企業(yè)經(jīng)濟效益。本文以煤制天然氣項目為例，通過(guò)對煤氣求高，需要磨煤制高濃度水煤漿或干燥:耗氧氣量較高;水冷壁化技術(shù)與煤種適應性的研究分析，以及項目條件下采用不同氣化需要掛渣良好，才能達到“以渣抗渣”效果:耐火磚需要定期檢查、技術(shù)時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟測算，提出選擇氣化技術(shù)方案時(shí)的基本思路，更換與業(yè)內同行共同探討。2煤制天然氣項目對不同煤氣化技術(shù)的選擇1各種煤氣化技術(shù)特點(diǎn)的簡(jiǎn)要對比21煤的氣化分類(lèi)無(wú)統一標準，目前比較通用的分類(lèi)方法是按煤2.1以州來(lái)地區煤和新疆來(lái)地區煤為例，典型的煤炭分析數據如以貴州某和新疆與氣化劑在氣化爐內運動(dòng)狀態(tài)將其分為固定床(移動(dòng)床)、流化床表1;(沸騰床或輸運床)和氣流床三大類(lèi)。1.1固定床表1煤質(zhì)數據表，固定床(移動(dòng)床)氣化，常見(jiàn)的有間歇式氣化爐(UG)和連續氣Tab.1 Data ofCoal化爐(固態(tài)排渣_魯奇、賽鼎:熔融排渣-BGL、云煤)兩大類(lèi)。前者項目單位符號 貴州煤新疆煤多用無(wú)煙煤或焦碳為原料，間歇氣化，基本是常壓，粗合成氣中分Mar%3.82有效氣含量低，單爐產(chǎn)氣量小，產(chǎn)生的吹風(fēng)氣對環(huán)境污染較大:灰分Aar%21.202.57-7.75后者多以褐煤等低階煤為原料，連續氣化，固體排渣或液態(tài)排渣，揮發(fā)分Var%6.4829.75氣化壓力可達3.0 5.0 MPa,煤氣中甲烷含量較高，廢水量較大且固定碳 FCar%68.5064.80-68.44處理難度較大。煤的粒度要求15~50 mm,需要一定的機械強度Car%68.5674.86 -79.06和熱穩定性。Har%2.343.58~3.781.2流化床元素分析Nar%0.920.62-0.66流化床又稱(chēng)沸騰床或輸運床，是將粒度較小(<10 mm)的煤粒St,ar%2.090.20-0.22在爐內氣化，用氣化劑作為流化劑自下向上吹過(guò)，將煤粉浮起成Oar%1.0712.98~13.71為流化態(tài)或者將煤粉帶出形成循環(huán)。要求較高的灰熔點(diǎn)，以便固14001140態(tài)排渣。常見(jiàn)的流化床有高溫溫克勒(HTW)、灰熔聚、U-Gas、14301160環(huán)流化床(CFB)和KBR爐等。其特點(diǎn)是:對煤粒度要求不高;爐灰熔點(diǎn)14501160，內物料成流化態(tài)，溫度梯度均勻;煤氣凈化簡(jiǎn)單，污水量相對較14801180少:爐內無(wú)機械轉動(dòng)部件，維修工作量小。但也存在碳轉化率相煤種屬性高階無(wú)煙煤肥煤對較低，物料循環(huán)倍率較大，在化工生產(chǎn)應用經(jīng)驗偏少等問(wèn)題。氣流床 是利用氣化劑將煤粉或煤漿從噴嘴中高速?lài)姵?，使兩根據氣化模擬計算，貴州煤分別采用塊煤固定床加壓氣化(1)、塊煤固定床熔融排渣氣化(2)、流化床高溫溫克勒爐(3)、水煤漿氣1250-1700 C下快速完成反應。從原料形態(tài)分為水煤漿和干煤粉，化(4)和激冷粉煤氣化(5)技術(shù)，新疆煤分別采用塊煤固定床熔融排從氣化熱能回收形式分為激冷流程和廢鍋流程，從氣化爐氣化室渣氣化(6)和激冷粉煤氣化(7)技術(shù)，得到的粗合成氣組份如表2:表2氣化數據表Tab.2 Data of gasification組份%v技術(shù)1技術(shù)2技術(shù)3技術(shù)4技術(shù)5技術(shù)6技術(shù)7CO14.0863.5037.0749.3571 9454.7069.6722 9023. 5044.7832.9431.2420.40126.35CO2 .32.934.9323.1818.020630.160.35N2+Ar0.100.430.28CH47.275.206.280.040009.330.0[收稿日期] 2014-07-01[作者簡(jiǎn)們馬煙(1967), 男， 杭州人，工學(xué)學(xué)士， 主要研究方向為煤化工、天然氣化工。2014年第16期廣東化工第41卷總第282期www.gdchem.com. 101.續表2組份%V技術(shù)1技術(shù)2技術(shù)3技術(shù)4技術(shù)5技術(shù)6技術(shù)7HS+COS0.040.590.790.050.07NH5+HCN0.010220030100.02Cr-Cs ;輕油0.100.230.61同樣的原料煤采用不同的氣化技術(shù)、不同的原料煤采用相同的富的水煤漿技術(shù)，可以降低投資，實(shí)現企業(yè)效益最大化，但能效氣化技術(shù)，預測得到的粗合成氣組份差別還是較為明顯:偏低是其無(wú)法回避的問(wèn)題。(1)塊煤固定床加壓氣化，合成氣中甲烷含量最高，有利于減輕(4)當煤質(zhì)為水分低、揮發(fā)分低、活性差、灰分高、灰熔點(diǎn)高甲烷化的負荷和消耗，但氣體中雜質(zhì)較多，需要設置復雜的氣體凈的高階無(wú)煙煤時(shí)，即使采用固定床氣化技術(shù)，合成氣中的甲烷含化和副產(chǎn)品分類(lèi)處理、回收系統。(2)塊煤固定床熔融排渣氣化，由于反應程度更深，有效氣含量一般宜選擇氣化溫度高、環(huán)保性好、原料適應性寬泛的粉煤氣提高，烴類(lèi)雜質(zhì)和污水量大為減少，但甲烷含量會(huì )略有降低，副產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現項目高能效指標、減少設備臺數和占地、避免煤氣化品回收量相對減少，仍然需要同樣的氣體凈化和副產(chǎn)品回收系統。廢水處理難題。(3)流化床由于氣化原理不同，有效氣含量和甲烷含量介于固定(5)已開(kāi)車(chē)的大唐克旗、新疆慶華等煤制天然氣項目選用連續床和氣流床之間，氣體中烴類(lèi)、氨、酚等雜質(zhì)含量較低，無(wú)需進(jìn)行氣化固定床，均應用在水分高、揮發(fā)分高的低階煤和褐煤原料，專(zhuān)門(mén)煤氣化廢水處理。缺乏無(wú)煙煤應用業(yè)績(jì)。(4)水煤漿氣化和激冷粉煤氣化是氣流床技術(shù)，有效氣含量最(6)粉煤氣化可以實(shí)現裝置大型化，而塊煤氣化目前還難以做高，甲烷含量最低，合成氣中幾乎不含烴類(lèi)、氨、酚等雜質(zhì)，環(huán)保到。以40億方/年煤制天然氣項目為例，固定床需要約30~36臺:性能最好。激冷粉煤氣化爐需要約13~22臺。如果項目建設場(chǎng)地受限的情況(5)采用同樣固定床氣化技術(shù)，低階煤由于氫含量高，氣化得到下，選用設備臺數少的大型粉煤氣化具有-定優(yōu)勢。項目規模越的合成氣中甲烷含量高于高階煤，在煤制天然氣甲烷化單元中更能大，氣化爐大型化就顯得更為重要。體現優(yōu)勢(7)根據測算，當稅后項目財務(wù)內部收益率和產(chǎn)品銷(xiāo)售價(jià)格保2.2煤氣化技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟測算和比較B]持-致時(shí)，塊/末煤每噸價(jià)差在~150元以?xún)?，“塊煤熔渣氣化”與“粉以上述貴州煤種為原料，設定天然氣40億方1年規模，分別以煤激冷氣化"兩種技術(shù)的經(jīng)濟性即可持平國。塊/末煤的價(jià)差越大，“塊煤熔渣氣化技術(shù)”與“粉煤激冷氣化技術(shù)”進(jìn)行初步的技術(shù)經(jīng)濟綜塊煤氣化的優(yōu)勢越難以充分體現出來(lái)。合測算，主要數據分別如下:氣化爐(臺)(24+8)(12+1),空分規模(萬(wàn)(8)相比于粉煤氣化,固定床氣化廢水量較大，處理工藝復雜，Nm2/h)7套*6.5/10套*7，焦油(萬(wàn)t/a)3.3/0， 輕油(萬(wàn)t/a)5.0/0，粗酚投資也大。而粉煤氣化技術(shù)廢水排放量較少，相對易于處理，技萬(wàn)tay).2/0。裝置能效(%)- 60/-56,煤(iekm3)-2.09/-2.14, 水術(shù)難度和投資費用小?？梢钥闯?， 前者合成氣甲烷含量高、 氧氣消耗小，能效、煤耗、4總結盡管煤制天然氣項目氣化技術(shù)應用已有先例，但煤氣化技術(shù)手和建設投資等指標均優(yōu)于后著(zhù)。不足2處縣單爐規模小，需要的可選擇面很廣，面對的煤種情況和建設條件千差萬(wàn)別，在項目為煤制天然氣項目的優(yōu)選氣化技術(shù)，但在使用無(wú)煙煤原料和用地面建設規劃階段，要開(kāi)放思維，防止機械照搬。有必要結合項目具積有限的條件下，粉煤氣化也是可以選擇的技術(shù)，效指標和經(jīng)體條件，從煤種適應性、應用業(yè)績(jì)、裝置大型化、煤炭資源綜合積有限的務(wù)生上份保工化龍司的技共利用、污水處理難度和投資等多角度綜合考慮，對氣化技術(shù)進(jìn)行濟性能夠滿(mǎn)而環(huán)保性?xún)?yōu)于前者。全面的比選和論證。在國家規定的能效水耗要求、社會(huì )關(guān)注的清3氣化技術(shù)選擇思路潔環(huán)保性能、企業(yè)追求的經(jīng)濟效益三者之間進(jìn)行綜合評估，兼顧綜上所述，針對不同煤種情況和建設條件，煤制天然氣項目多方需求，找到最佳平衡點(diǎn)。氣化技術(shù)選擇的基本思路是:(1)當煤質(zhì)為含水量高、 揮發(fā)分高、活性好的褐煤等低階煤時(shí)，參考文獻沒(méi)選擇固定床煤氣化技術(shù)，既可獲得高甲烷含量合成氣，大大[1]賀永德.現代煤化工技術(shù)手冊[M].第2版.化學(xué)工業(yè)出版社，2012:減輕甲烷化的負荷和能耗，又可降低設備投資。但氣化廢水量大，處理難度大，副產(chǎn)品回收流程長(cháng)，污水處理投資大。此外，還需[2]氣化技術(shù)專(zhuān)利商技術(shù)交流及工程設計資料[R].內部資料.特別重視煤中鹵素元素對爐壁的快速腐蝕問(wèn)題(2)當煤質(zhì) 為煤階比褐煤稍高的硬質(zhì)褐煤、長(cháng)焰煤時(shí)，由于原(3]中石化南京工程有限公司中國石化長(cháng)城能源化工(貴州)有限公司40煤脫水負荷重、成漿性和沉降性差，可以考慮單爐能力大、甲烷億方/年煤制天然氣項目可行性研究報告[R].2014年5月含量介于固定床和氣流床之間、沒(méi)有氣化廢水處理難題的流化床[4中國石化工程建沒(méi)有限公司.中國石化新疆能源化工有限公司80億方1年煤制天然氣項目可行性研究報告[R].2013年 10月.技術(shù)。關(guān)鍵是做好大技術(shù)的國產(chǎn)化示范。(3)當煤質(zhì)為揮發(fā)分含量較高、 活性好、灰分低、灰熔點(diǎn)較低(本文文獻格式:馬炯.煤制天然氣項目氣化技術(shù)方案研究[J].廣的煙煤時(shí)，只要煤的成漿性好、沉降時(shí)間滿(mǎn)足要求，應優(yōu)先選擇東化工，2014, 41(16): 100-101)氣化壓力高、調節控制容易、氣化爐在線(xiàn)率高、操作運行經(jīng)驗豐(上接第222頁(yè))教育教學(xué)，2011(4): 198.[5]張海蓉，現代信息技術(shù)在無(wú)機化學(xué)實(shí)驗中的應用[刀.廣州化工，2012,[1]李強國.基礎化學(xué)實(shí)驗[M].南京:南京大學(xué)出版社，2012.[2]昊永蘭，文耀智，李廣利，等.應用化學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)放性實(shí)驗建設的調查分40(12): 193-194.析及總結[I].湘南學(xué)院，2011, 32(5): 73-75.(本文文獻格式:蔣建宏，易陽(yáng)，劉莉，等.無(wú)機化學(xué)實(shí)驗教學(xué)改[3]林勇，李軍，王敏.無(wú)機化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中構建綠色化學(xué)思維的探索與實(shí)革與實(shí)踐[J].廣東化工，2014, 41(16): 22)踐[科學(xué)咨詢(xún)，2012(5): 131-132.[4]楊懷霞，史曉露，凡杭等.藥學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)無(wú)機化學(xué)實(shí)驗綠色化教育探索[]