煤制天然气淮南煤气化技术的选择

第36卷,第3期安徽化工Vol.36,No.32010年6月ANHUI CHEMICAL INDUSTRYJug.2010煤制天然气淮南煤气化技术的选择胡以进(安徽理工大学,安徽淮南232038)摘要:主要介绍了淮南煤和煤灰的特性,通过煤气化技术比较,选择煤制天然气方案中适合淮南煤的气化技术。关键词:气化;甲烷化;天然气;催化剂中團分类号: TQ546文献标识码:B 文章编号:1008 -53X(2010)03 -0057-031淮南煤的特性~ 3%之间;碱性氧化物含量较低,Fe03、CaO含量一般淮南煤田位于华北板块的南缘，东起郯庐断裂,西低于5%,Mg0低于1%。淮南煤中主要晶体矿物有高岭至麻城阜阳断层,北接蚌埠隆起,南以老人仓一寿县断石、石英方解石、黄铁矿等,煤灰中主要晶体矿物有石层与合肥中生代凹陷相邻。东西长180km,南北宽15~英硬石膏赤铁矿等,因而淮南煤的灰熔点(T)普遍较25 km,面积约3200 km2。高(大多数高于1500C)。淮南矿区煤的水分在0.8%-~3%,空气千燥基灰分的2煤制天然气的技术特点范围在7% -38%之间,有利于气化,碳转化率高,大多数淮由于合成甲烷要求合成气中的H/CO为3: 1,且南矿区煤的挥发分都很高,在26%- 40%(daf)之间，淮南天然气中甲烷的含量大于95%,因此煤气化产生的工艺煤的发热量- -般在20~28 MJ.kg-'之间。气中含有的甲烷也可以被认为是有效气。天然气的质量淮南煤灰中富含SiO2和Al20(> >75%),部分样品指标见表1。Si02和Al2O3含量高达90%以上;Ti02平均含量在1%表1天然气国家质标准(GB17820-1999)项目一类高热值(MU/m)>31.4总硫(以硫计,mg/m)≤100硫化氡(mgm2)≤6二氧化碳(体积,%)≤3水露点(C)在天然气交接点的压力和温度条件下，比最低环境温度低5T3煤气化技术比较GSP气化工艺商业化装置的最大能力为处理煤煤气化技术种类繁多,本文仅介绍适应高灰熔点煤720吨1天;神华宁煤煤制烯烃项目的2000/d气化炉预气化特点的煤气化技术。计2010年10月投料开车;山西兰花的化肥项目计划3.1 GSP气化工艺2011年开车。GSP粉煤加压气化技术由德国未来能源公司开发,3.2 HT-L气化工艺它既有Texaco气化工艺的特点,又有Shell气化工艺的航天HT-L干煤粉加压气化技术由中国航天科技特点,是水煤浆加压气化和Shell粉煤气化的优化组合。集团公司下属的北京航天万源煤化工工程技术有限公该工艺于20世纪70年代开始研究,1979年建成了司开发。它是吸收国际上最先进的壳牌德士古和德国3MW和5MW的发电机组,1984年在黑水泵建成了CSP炉型的优点,并结合国内实际情况研制而成的具有130MW的发电机组,并联产10万吨/年甲醇,运行稳自主知识产权的新型干煤粉加压气化技术。定可靠。中国煤化工及关键阀门等都基fYHCNMHG收稿口期:2010-03-30作者简介:胡以进( 1970-),男.毕业于郑州工业大学,高级工程师,安徽理工大学工程硕士在读.目前从事化工技术管理工作,0554 6875863,5330768,13155452162.huyjin2182@163.com。58总第165期2010年第3期(第36卷)安徽化工本实现国产化,因而相对GSP而言投资较低。目前已经目前国内广“东天明电厂已经引用该气化技术用于开车的项目有安徽临泉化工股份有限公司年产20万吨IGCC发电项目,该项目由五环工程公司设计,单炉投煤甲醇装置和濮阳龙宇化T年产20万吨甲醇装置。量为2000吨1天(印尼褐煤),计划2011年底开车。3.3 KBR公司的TRIGM气化工艺3.4鲁奇气化工艺KBR公司的TRICM气化技术在20世纪90年代由鲁奇加压气化技术具有可以使用劣质煤气化且氧美国能源部资助，由KBR公司和美国南方电力公司合耗量低等优点,我国的原哈尔滨气化厂、山西化肥厂、义作开发,1995年日投煤量为50吨的示范装置建成运气化厂和云解化等多家企业使用鲁奇气化技术。行。输运床气化( Transport Bed Gasification)是KBR公司煤在较低的温度下气化，要求煤具有较弱的粘结目前推出的煤气化技术，是在流化床基础上发展的一-种性,煤气中的CH4含量较高;但该工艺产生的高浓度废新气化工艺，更确切的说是一种改进的循环流化床气化水水质非常复杂,含有大量酚、氨.CO2、脂肪酸焦油、酮工艺。与传统循环流化床技术相比,输运床气化的显著类和胺类等污染物,以目前的处理流程和工艺难以实现特点是高循环比率、高气速和高固气比,这种气化方式达标排放。但是由于本项目立足于淮南煤气化,而淮南的优点是生产强度高,床内气固混合均匀,气固传热好，煤的粘结性较强 ,因此采用鲁奇气化炉需要进行煤种试较适合于ICCC及多联产系统。烧。表2可选用的煤气化技术对比一气化技术GSPHT-I.KBRLurgi气化工艺气流床固定床气化压力(MPa)4.(4.2~4~ 3.0气化温度(C)1400~ 1750900~ 1000粒度<0.2mm粒度5~ 50mm原料煤规格粒径0.3 ~ 0.4mm水分<10%水分< 10%不必预干燥单炉最大投煤最:(Ud)2000(在建)1500(在建)3750(在建)1000有效气(H2+CO,v%)90-9490~9475-85,含1%~5%甲烷55, 含8% ~ 10%甲烷碳转化率(%)9990~95氧耗(Nm/km'SNC)135735735.6(祸煤)518.4蒸汽消耗(VkmSNG)0.0551.068(榴煤)2.424电耗(kWh/kmSNG)320无数据122排渣液态,几乎不含碳液态 ,几乎不含碳固态细清含碳30% 6%干粉,含残碳约5%送粉煤锅炉利用废水少,易处理无多,难处理2.4亿元单系列投资5.6亿元2亿元(投煤鼂1500/d)1.1亿元(投煤量100/0)注:1投资指从磨煤至变换前单系列投资,Lirgi不含含酚废水处理投资;2.KBR 炉数据来源于技术交流數据;3.蒸汽消耗均未考虑副产蒸汽。由表2可知，四种煤气化工艺在消耗指标上,氧气4淮南煤制天然气的气化技术选择消耗:GSP : HT-L : Lurgi : KBR=38.1 : 14.56: 14.56 :淮南煤煤质优良，储量丰富，但其灰熔点过高1;电耗:GSP 和HT-L分别是Lurgi的2.62倍;蒸汽消(FT>1500C ),因此适宜淮南煤气化的炉型较少,且能耗耗: Lurgi: KBR : GSP: HT-L=44: 194:1 : 1;四种较高, -直制约着淮南煤化T的发展。改善煤灰熔融特煤气化投资相差很大,CSP投资最高。造成投资大的主性和灰渣粘度常用的方法是配煤和添加助熔剂。安徽理要原因除气化装置采用进口设备及高额专利费外,空分工大学李寒旭教授多年来致力于淮南煤的气化研究,通装置的影响也较大。过配煤与添加高处助榕剂来路低煤灰分的灰熔点,取得根据以上比较,采用Lurgi和KBR煤气化T.艺合成了很中国煤化工i助熔剂应用于安庆天然气与采用GSP、HT-L煤气化工艺合成天然气相比,Shell,HCNMHG变换、低温甲醇洗净化装置、甲烷化装置等后系统的处通过添加助熔剂来改善煤灰熔融特性和灰渣粘度,理量大大减少,消耗投资大大降低。在一定程度上会使灰分含量增加u,而灰分是不直接参加胡以进:煤制天然气淮南煤气化技术的选择59气化的惰性物质,但却要消耗煤在氧耗过程中产生的反尤其是不适于高粘结性煤的气化;KBR完全适合高灰应热。与使用助熔剂相比,通过配煤改善煤灰熔融特性熔点煤制天然气,且投资小,能耗低,气化过程不产生焦和灰渣粘度,提高了原料煤中的碳含量,使得气化炉整油和酚类物质,同时几乎没有废水,但碳转化率偏低,尤体效率得以提高,也促进了煤炭资源的合理利用。其是细灰含碳量为30%~60%,可以送粉煤锅炉做燃料。由于安徽煤灰熔点高,煤灰份大,导致CSP气化装5结论置投资大,能耗高,但其属于洁净煤气化技术,三废处理针对淮南煤质和煤制天然气的特点，考虑各种煤气简单。重要的是淮化集团于2005年海运40吨淮南煤去化技术特点以及投资和运行费用，如果选用HT-L气化德国弗莱堡CSP装置上试烧,试烧数据显示,CSP气化技术,可以采用配煤和添加高效助熔剂的方案,虽然原料炉完全适合淮南煤的气化;HT-L炉和GSP炉技术特点成本有所增加,但是气化运行能耗会有一定程度的下降。和流程配置基本相同，故认为也可适应淮南煤的气化;因此，选择KBR公司的输运床气化技术工艺可能更有优Lurgi投资小,能耗低,但粗煤气后续处理比较复杂,废势。口水处理难度大,且副产品需要加以精制,技术难度增大，The Selection of Huainan Coal Gaification Technology in SNGHU Yi-jin(Anhui University of Science and Technology, Huainan 232038 ,China)Abstract: In this essay, the author makes a detailed description of characteristics of Huainan coal and coal ash. Bycomparing the optional of Huainan coal gasification technologies,it' s suggested the feasible gasifcation technology in SNG.Key words: gasification; methanation; natural gas; catalyst(上接第56页)340.56 Nnm/1000Nm’ (CO+H2)， 蒸汽消耗为(3)根据在小型加压固定床气化炉上的实验结果,2292.04k/1000Nm’ (CO+H), 水蒸气的分解率为推荐 在3.0MPa操作压力下的工业化固定床加压气化汽26.65%。氧比范围是:6.0 ~ 7.0kg/Nm'左右。煤气产率1.00~1.12Nm/kg原煤。焦油产率为(4)粗煤气中的硫化物含量虽不高,但为减少对设4.81kg/100kg 煤。从煤气组成看,有效成分H+CO含量备及管道的腐蚀和对环境的污染，必须增加脱硫设施，为53.0%-55.98%，煤气中HS含量为0.19%。由于但脱硫设施的投资相对较小。φ 100mm加压固定床气化小试装置炉径小，料层不稳(5)从实验结果看,由于该煤所含挥发分高,加压定，所以气化反应干馏段较短，这就导致在此炉上的气化煤气冷却会产生焦油，并且酚水中污染物含量较CH4含量较少,在7% ~ 9%左右,一般在大型工业炉,料高,在进行工艺设计时必须给予足够重视，可参考国内层更易培养,所以一般CH4含量在12%左右。外有关企业运行经验,配置合理的环保设施加以处理。(2)气化强度1031.85kg/m2 .h。气化效率70%(6)从实验结果和煤质分析看，该煤的热稳定性~73%。根据T业化加压固定床气化炉(如鲁奇气化炉)差 ,结渣性强,所以在工业气化炉上工业生产时会给气的性能和本实验煤种的特性,推荐T业化运行时的气化化炉的正常操作带来困难,同时也会由于蒸汽分解率过强度取值为2000 ~ 2500 kg/ m?'.h左右。低而带来污水处理成本增加的问题。口Experimental Study on Lignite in Pressure Fixed-bed GasificationZHANG Xue-kun(School of Chemical Engineering, Anhui University of Scienq2001 ,China)中国煤化工Abstract: This paper makes a more comprehensive evaluationgasification processcharacteristics on lignite by experimental study in low -temperatureMYHC N M H G pesre fixed-bedgasification φ100mm pilot plant.Key words: pressurized fixed bed;lignite gasification;process evaluation