煤制天然气项目气化技术选择

化学工业第28卷第11期●8.CHEMICAL INDUSTRY2010年11月煤制天然气项目气化技术选择刘江，宿凤明，凌锋(中国电能成套设备有限公司,北京10011)摘要: 分析了Shell气化工艺，GSP气化工艺与Lurgi气化工艺在煤制天然气项目参数、粗合成气成分、主要副产品产量、环保指标以及经济性，为煤制天然气项目中气化技术的选择提供参考和依据。关键词:煤气化厂;煤气化;技术经济对比文章编号: 1673- 9647 (2010) 1-0008-04中图分类号: TQ54文献标识码: A随着可持续发展战略和加强环保等政策的实成分、主要副产品产量、环保指标以及经济性的施，国内对天然气的需求与日俱增。国务院发展差异,为煤制天然气项目中气化技术的选择提供研究中心市场经济研究所研究报告预计,2015年参考和依据。我国天然气消费量将增长至1500亿m', 2020年1煤制天然气工艺简介增长至3 000亿m'。而与此同时，我国天然气产煤制天然气流程见图1。如图1所示，煤制天量将分别为1 400亿m2、1 500亿m23左右，因此然气包括以下几大部分:空分、煤气化,净化(CO我国未来天然气的供需将出现很大的缺口1。由于变换，酸性气体脱除、冷冻)、甲烷化(含甲烷化、我国巨大的天然气消费市场及强劲的增长趋势,压缩、干燥)及硫回收等装置2。气化炉是源头设许多大型能源企业相继开展煤制天然气项目。煤备，一般采用煤加压气化技术生产粗合成气。由于气化工艺为煤制天然气项目的源头，是需要重点粗合成气中的CO和H2成分比例不适合直接用考虑的环节。针对项目实际情况，正确选择煤气于天然气合成，为满足甲烷化的需要，需通过部化技术，对于整个项目的成败至关重要。本文分析分CO变换，调整合成气中H/C比。在变换工艺了Shell 气化工艺、GSP气化工艺与Lurgi气化工后，脱除酸性气体中H$S及CO2等,然后再通过艺在煤制天然气工艺中的重要性能参数及对系统甲烷化及干燥，生产合成天然气产品，合格产品的影响，对比分析了这三种气化技术的粗合成气送管网。「 空分装置谋然|粗煤气l变换适宜的脱硫脱碳.洁净的甲烷化天热干燥煤一化|C0/H2比H2S合成气网碗回收+硫或硫酸图1煤制天然气流程2气化技术加热到- -定温度后，与中压蒸汽混合,经工艺喷2.1 Shell 气化技术嘴送人炉内。煤粉与氧气在4.0 MPa表压下，发Shell气化(废锅流程)是一种气流床加压气生部分氧化反应，转化为高有效气体含量的粗合化工艺。气化用的原料煤(粒度≤30 mm)由原成气，夹带着飞灰，自下而上从气化炉顶排出。煤贮运系统的皮带式输送机送人碎煤仓中，经过收稿日期: 2010-10-08破碎、磨煤及干燥过程后,由N2或CO2输送进入作者简介:刘江(1962-), 男，北京人，副总经理,从事专业气化炉喷嘴;而来自空分的氧气，经氧气预热器热能动力工程工作。第11期刘江等:煤制天然气项目气化技术选择●9●气化炉顶部的煤气温度约1600 C，由后部返回2.3 Lurgi 碎煤加压气化技术的冷煤气混合激冷至900C左右进人废锅回收热Lurgi气化属于固定床碎煤加压气化工艺。该量。Shell 气化炉气化工艺如图2所示。工艺采用的原料粒度为5~50 mm,气化剂采用水蒸汽与纯氧;原料煤从气化炉上部加入，在炉内从上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃十高压蒸汽烧、灰渣排出等物理化学过程。气化温度为700~1 100 C，气化压力为3.0~4.0 MPa。Lurgji碎煤加T压气化炉如图4所示。中压蒸汽煳料煤、合成气炉渣图2 Shell气化炉工艺旋转炉篦气化剂2.2 GSP 气化技术GSP气化是一种气流床加压气化工艺。该工艺排灰锁斗首先将原料煤(原料以煤为例)进行破碎、磨煤灰资和干燥，干燥后的煤粉用高压N2 (高于气化压力约1 MPa)或CO2 (做甲醇时用CO2)输送到气化图4 Lurgi 气化炉工艺炉顶部的烧嘴，煤粉与氧气和蒸汽在气化炉内瞬间(≈10s)完成反应，反应温度为1 400~1 600 C,3不同气化工艺主要技术参数对比气化压力通常为2.5~4.0 MPal);反应后的气体进3.1炉参数和粗合成 气成分人反应室下部的激冷室进行激冷,液态渣也流人比较三种气化工艺主要参数和所产粗合成气.激冷室凝固,通过灰锁排入渣池。GSP 气化炉工成分如表1所示。艺如图3所示。表1三种气化工艺主要 参数和所产粗合成气成分干煤粉| 纯氧项目Shell 气化GSP气化Lurgi气化参数:?气化压力MPa4.23-4.0低压蒸汽气化温度/C 1 300-1 7001 350-1 750 700-1 100纯氧纯氧+水蒸汽纯氧+水蒸汽出口合成气170220温度/C粗合成气摩尔合成气去下游分数/%55-5665-~7516-28灰水处理H235-~3620-2838-40CO27~7.54~-527-32↓炉渣CH4+C2 .7~120.8~1.10.8-1.10.5~2图3 GSP 气化炉工艺化学工业●10.CHEMICAL INDUSTRY2010年第28卷三种气化技术中，由于Lurgi气化技术的气化量、废水排放量及废水的处理难度有较大区别,温度比较低，温度范围控制在700~1 100 C之间,有必要进行对比分析。因此其合成气中CH,摩尔分数能到7%~12%，远由于Shell气化为干法气流床气化，而且选择高于Shell及GSP气化技术的0.05%。粗合成气中废锅流程，因此在生产过程中产生的废水最少。较高的CH4含量能够有效控制后续装置的规模及GSP气化技术采用水激冷流程,气化炉产生的废水相关工艺过程消耗,有利于降低煤制天然气项目略多于Shell气化炉。在三种气化技术中，Lurgi 气工程造价及运行成本。化工艺产生的废水量最多。据测算,同等规模气此外, Lurgi 气化炉内存在干馏区,温度不到化工程,Lurgi气化工艺产生的废水量约为Shell1 000 C。干馏部分会产生焦油和轻油，需设洗涤气化工艺和GSP气化工艺的10倍左右。此外,装置进行分离。为了得到好的分离效果,需尽量Lurgi炉废水中含有高浓度的挥发性酚、多元酚、降低粗合成气的温度。一般送出界区的温度约为氨氮等组分，无法直接进污水处理装置，需要先40C,而Shell和GSP气化炉的出口合成气温度相进行酚、氨回收。经回收后的排放污水中COD。、对较高，分别为170C与220 C。煤制天然气下BODs、酚、氨氮、油等各类污染物质浓度仍很游变换温度约为260 C,因此Lurgi气化炉相比于高,仅靠生化处理无法达标排放,还需要增加物Shell和GSP气化炉需要补充更多的能量来满足变化处理的手段。因此在环保指标上, Lurgi 气化炉换的要求。处于劣势。另外，从气化技术与煤制天然气项目的流程3.4经济指标匹配性来看，GSP 煤气化技术采用水冷壁和冷激、显然，对于相同规模的煤制天然气的项目,洗涤除尘流程; Shell煤气化首先用于联合循环发由于选用不同气化工艺，气化炉投资存在较大差异。电，追求更高的热效率，因此采用废热锅炉回收但由于不同气化工艺产生的粗合成气品质差异,煤气余热。对于煤制天然气项目,为调整合成气造成后续的工艺装置的投资差异也很大。采用不中C/H比，合成气中大量的CO需进行水煤气变同气化技术煤制天然气工程造价见图5。图5给换。由于不同气化技术的工艺流程不同，GSP与出了20亿m/a规模煤制天然气工程造价。Lurgi气化岛出口合成气含大量水蒸汽,完全满足140CO变换所需，在变换环节不再需要新增加水蒸120汽。由于Shell气化岛出口合成气含水蒸汽量低,100需要外加水蒸汽以满足反应需求，这部分水蒸汽日80i 60取自废锅。离40+3.2副产物0t不同的气化方式产生的副产品存在差异。ShellShellLurgi气化炉和CSP气化炉的主要副产品为硫磺，而口污水处理;■热电站;口甲烷化;口净化;■空分:日气化Lurgi气化由于采用固定床的气化方式，伴生大量图5采用不同气化技 术煤制天然气工程造价焦油、粗轻油、粗酚等副产品。若以20亿m/a煤制天然气项目为例，焦油等副产品的产量为总从图5可知，对于同规模的煤制天然气工艺投煤量(以收到基计)的3.5%，初步估算其副产系统，采用废锅流程的Shell气化炉总造价最高,品焦油、粗轻油、粗酚总产量,约为22万Vao其次为GSP气化工艺，Lurgi 气化工艺总投资最如果不考虑同等规模煤制天然气由于选用不同技少。对于Shell气化技术，配备的空分设备、下游术造成的投煤量差异,按市场价格估算20亿m/a的净化设备和甲烷化设备的容量和投资较高，但的煤制天然气项目副产品价值，Lurgi 气化技术的动力岛(或热电站)和污水处理设备的投资较低。副产品较其余两种气化技术多至少5亿元/a的经对于CSP气化工艺，气化炉的投资低于Shell 气济价值。化炉，但空分设备、净化设备与甲烷化设备的规3.3环保指标模及投资与Shell气化工艺相当。对于Lurgi气化对于煤制天然气项目，三种气化技术的耗水(下转第14页)化学工业CHEMICAL INDUSTRY2010年第28卷Review of World n-Butanol and Octanol MarketCHENG Li-hong(Research Institute of Industrial Economics of China National Chemical Information Center, Beijing 100029, China)Abstract: To analyze the market supply and demand situation of n-butanol and octanol in China To predict that the production capacityof n-butanol and octanol in China in 2012 will increase I 240 kt annally and with oversupply risk.Keywords: n-butanol; octanol; market demand analysis; prediction(上接第10页)技术，对煤的粒径以及煤的热稳定性有一-定要求,(2)除硫磺外, Lurgi 气化技术会产生大量焦某些热稳定性差的煤种可能需要在气化炉前增加油、粗轻油、粗酚等副产品，如果能充分利用副煤成型的装置，但总投资在三种工艺中最低。由产品的经济价值将会大大提高煤制天然气项目的于Lurgi气化技术的氧耗比较低，因此配备的空分经济性。系统容量相对较小，造价在三者中最低。此外，(3)从环保指标来看, Shell 气化工艺与GSPLurgi气化技术由于甲烷化装置中较小的处理气量气化工艺有较好的环保指标，Lurgi 气化废水量而使甲烷化装置投资优于Shell气化工艺与GSP大，而且处理困难，废水处理实施难度大。气化工艺，但其热电站投资及污水处理投资均较(4)比较三种气化工艺的经济性, Lurgi 气化Shell气化和CSP气化工艺要高。投资最低，其次为GSP气化工艺，Shell 气化工艺除设备造价外，运行维护也是影响项目经济投资最高。但由于Lurgi气化炉单台投煤量小，对效益的重要方面。由于Lurgi气化炉单台投煤量于大型的煤制天然气项目需要气化炉的台数多,小，对于大型煤制天然气项目来说需要的气化应从全项目周期考虑其经济性。炉台数较多，也应该从全项目周期来考虑其经参考文献:济性。[1]熊志建，邓蜀平，蒋云峰，等.煤制天然气产业风险4结论评估及对策研究[J].河南化工, 2010, (4): 21.(1) Lurgi 碎煤加压气化工艺粗合成气成分中[2]杨春生.煤制天然气产业发展前景分析[J].中外能源，CH,含量最高，对煤制天然气项目中占有一定优2010，(7): 36.势，但Shell气化工艺和CSP气化工艺粗合成气[3]崔意华，袁善录. CSP加压气流床气化技术工艺分析温度和压力更有利于下游CO变换进行。[J].煤炭转换, 2008, (1); 94.The Analysis of Gaification Technology in Coal Based SNG ProjectLIU Jiang, SU Feng-ming, LING Feng(China Power Complete Equipment Co., LTD, Beiig 10010 China)Abstract: In this paper, the important performance parameters of Shell, GSP and Lurgi gasification technologies in coal based SNGprojects are analyzed. Composition of syngas, gasification by-products, environmental protection behaviors and economic benefits ofthose three gasifcation technologies are compared. The data and results can be taken as a reference for the selection of gasificationtechnologies in coal based SNG.Keywords: coal based SNG plant; gasification; technical economical comparison