煤制天然气项目气化技术方案研究

广东化工2014年第16期.100.www.gdchem.com第41卷总第282期煤制天然气项目气化技术方案研究马炯(中石化南京工程有限公司，江苏南京11100)0[摘要]通过对多种煤气化技术对比研究， 针对特定项目条件下不同气化技术和煤种时气化模拟计算和技术经济测算，提出煤制天然气项目气化技术方案选择时的基本思路，在能效、 环保和经济性三个方面找到最佳平衡点。[关键词]煤气化技术分析:模拟计算及技术经济测算:气化技术选择[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号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近年来，国内煤化工项目建设方兴未艾，装置规模越来越大，结构形式分为水冷壁和耐火砖。常见的气流床有: GE水煤浆、华煤气化技术应用多种多样凹。煤气化技术选择正确与否是决定煤理四喷嘴水煤浆、E-gas 水煤浆、Shell粉煤、航天粉煤、SE粉煤、化工项目成败的关键因素之一。对其进行分析研究，结合项目特科林粉煤和GSP粉煤等。其特点是:气化温度高，碳转化率高，点、原料特性、产品结构和建设条件等多方面要素进行比选，可有效气组份高，甲烷、氨和烃类有机物极少，气化废水处理相对以为项目规划和决策提供正确的参考意见，提高我国煤化工技术简单:原料输送计量精度和氧煤比控制相对准确。但原料制备要水平和企业经济效益。本文以煤制天然气项目为例，通过对煤气求高，需要磨煤制高浓度水煤浆或干燥:耗氧气量较高;水冷壁化技术与煤种适应性的研究分析，以及项目条件下采用不同气化需要挂渣良好，才能达到“以渣抗渣”效果:耐火砖需要定期检查、技术时的技术经济测算，提出选择气化技术方案时的基本思路，更换与业内同行共同探讨。2煤制天然气项目对不同煤气化技术的选择1各种煤气化技术特点的简要对比21煤的气化分类无统一标准，目前比较通用的分类方法是按煤2.1以州来地区煤和新疆来地区煤为例，典型的煤炭分析数据如以贵州某和新疆与气化剂在气化炉内运动状态将其分为固定床(移动床)、流化床表1;(沸腾床或输运床)和气流床三大类。1.1固定床表1煤质数据表，固定床(移动床)气化，常见的有间歇式气化炉(UG)和连续气Tab.1 Data ofCoal化炉(固态排渣_鲁奇、赛鼎:熔融排渣-BGL、云煤)两大类。前者项目单位符号 贵州煤新疆煤多用无烟煤或焦碳为原料，间歇气化，基本是常压，粗合成气中分Mar%3.82有效气含量低，单炉产气量小，产生的吹风气对环境污染较大:灰分Aar%21.202.57-7.75后者多以褐煤等低阶煤为原料，连续气化，固体排渣或液态排渣，挥发分Var%6.4829.75气化压力可达3.0 5.0 MPa,煤气中甲烷含量较高，废水量较大且固定碳 FCar%68.5064.80-68.44处理难度较大。煤的粒度要求15~50 mm,需要一定的机械强度Car%68.5674.86 -79.06和热稳定性。Har%2.343.58~3.781.2流化床元素分析Nar%0.920.62-0.66流化床又称沸腾床或输运床，是将粒度较小(<10 mm)的煤粒St,ar%2.090.20-0.22在炉内气化，用气化剂作为流化剂自下向上吹过，将煤粉浮起成Oar%1.0712.98~13.71为流化态或者将煤粉带出形成循环。要求较高的灰熔点，以便固14001140态排渣。常见的流化床有高温温克勒(HTW)、灰熔聚、U-Gas、14301160环流化床(CFB)和KBR炉等。其特点是:对煤粒度要求不高;炉灰熔点14501160，内物料成流化态，温度梯度均匀;煤气净化简单，污水量相对较14801180少:炉内无机械转动部件，维修工作量小。但也存在碳转化率相煤种属性高阶无烟煤肥煤对较低，物料循环倍率较大，在化工生产应用经验偏少等问题。气流床 是利用气化剂将煤粉或煤浆从喷嘴中高速喷出，使两根据气化模拟计算，贵州煤分别采用块煤固定床加压气化(1)、块煤固定床熔融排渣气化(2)、流化床高温温克勒炉(3)、水煤浆气1250-1700 C下快速完成反应。从原料形态分为水煤浆和干煤粉，化(4)和激冷粉煤气化(5)技术，新疆煤分别采用块煤固定床熔融排从气化热能回收形式分为激冷流程和废锅流程，从气化炉气化室渣气化(6)和激冷粉煤气化(7)技术，得到的粗合成气组份如表2:表2气化数据表Tab.2 Data of gasification组份%v技术1技术2技术3技术4技术5技术6技术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[作者简们马烟(1967), 男， 杭州人，工学学士， 主要研究方向为煤化工、天然气化工。2014年第16期广东化工第41卷总第282期www.gdchem.com. 101.续表2组份%V技术1技术2技术3技术4技术5技术6技术7HS+COS0.040.590.790.050.07NH5+HCN0.010220030100.02Cr-Cs ;轻油0.100.230.61同样的原料煤采用不同的气化技术、不同的原料煤采用相同的富的水煤浆技术，可以降低投资，实现企业效益最大化，但能效气化技术，预测得到的粗合成气组份差别还是较为明显:偏低是其无法回避的问题。(1)块煤固定床加压气化，合成气中甲烷含量最高，有利于减轻(4)当煤质为水分低、挥发分低、活性差、灰分高、灰熔点高甲烷化的负荷和消耗，但气体中杂质较多，需要设置复杂的气体净的高阶无烟煤时，即使采用固定床气化技术，合成气中的甲烷含化和副产品分类处理、回收系统。(2)块煤固定床熔融排渣气化，由于反应程度更深，有效气含量一般宜选择气化温度高、环保性好、原料适应性宽泛的粉煤气提高，烃类杂质和污水量大为减少，但甲烷含量会略有降低，副产技术，实现项目高能效指标、减少设备台数和占地、避免煤气化品回收量相对减少，仍然需要同样的气体净化和副产品回收系统。废水处理难题。(3)流化床由于气化原理不同，有效气含量和甲烷含量介于固定(5)已开车的大唐克旗、新疆庆华等煤制天然气项目选用连续床和气流床之间，气体中烃类、氨、酚等杂质含量较低，无需进行气化固定床，均应用在水分高、挥发分高的低阶煤和褐煤原料，专门煤气化废水处理。缺乏无烟煤应用业绩。(4)水煤浆气化和激冷粉煤气化是气流床技术，有效气含量最(6)粉煤气化可以实现装置大型化，而块煤气化目前还难以做高，甲烷含量最低，合成气中几乎不含烃类、氨、酚等杂质，环保到。以40亿方/年煤制天然气项目为例，固定床需要约30~36台:性能最好。激冷粉煤气化炉需要约13~22台。如果项目建设场地受限的情况(5)采用同样固定床气化技术，低阶煤由于氢含量高，气化得到下，选用设备台数少的大型粉煤气化具有-定优势。项目规模越的合成气中甲烷含量高于高阶煤，在煤制天然气甲烷化单元中更能大，气化炉大型化就显得更为重要。体现优势(7)根据测算，当税后项目财务内部收益率和产品销售价格保2.2煤气化技术的技术经济测算和比较B]持-致时，块/末煤每吨价差在~150元以内，“块煤熔渣气化”与“粉以上述贵州煤种为原料，设定天然气40亿方1年规模，分别以煤激冷气化"两种技术的经济性即可持平国。块/末煤的价差越大，“块煤熔渣气化技术”与“粉煤激冷气化技术”进行初步的技术经济综块煤气化的优势越难以充分体现出来。合测算，主要数据分别如下:气化炉(台)(24+8)(12+1),空分规模(万(8)相比于粉煤气化,固定床气化废水量较大，处理工艺复杂，Nm2/h)7套*6.5/10套*7，焦油(万t/a)3.3/0， 轻油(万t/a)5.0/0，粗酚投资也大。而粉煤气化技术废水排放量较少，相对易于处理，技万tay).2/0。装置能效(%)- 60/-56,煤(iekm3)-2.09/-2.14, 水术难度和投资费用小。可以看出， 前者合成气甲烷含量高、 氧气消耗小，能效、煤耗、4总结尽管煤制天然气项目气化技术应用已有先例，但煤气化技术手和建设投资等指标均优于后著。不足2处县单炉规模小，需要的可选择面很广，面对的煤种情况和建设条件千差万别，在项目为煤制天然气项目的优选气化技术，但在使用无烟煤原料和用地面建设规划阶段，要开放思维，防止机械照搬。有必要结合项目具积有限的条件下，粉煤气化也是可以选择的技术，效指标和经体条件，从煤种适应性、应用业绩、装置大型化、煤炭资源综合积有限的务生上份保工化龙司的技共利用、污水处理难度和投资等多角度综合考虑，对气化技术进行济性能够满而环保性优于前者。全面的比选和论证。在国家规定的能效水耗要求、社会关注的清3气化技术选择思路洁环保性能、企业追求的经济效益三者之间进行综合评估，兼顾综上所述，针对不同煤种情况和建设条件，煤制天然气项目多方需求，找到最佳平衡点。气化技术选择的基本思路是:(1)当煤质为含水量高、 挥发分高、活性好的褐煤等低阶煤时，参考文献没选择固定床煤气化技术，既可获得高甲烷含量合成气，大大[1]贺永德.现代煤化工技术手册[M].第2版.化学工业出版社，2012:减轻甲烷化的负荷和能耗，又可降低设备投资。但气化废水量大，处理难度大，副产品回收流程长，污水处理投资大。此外，还需[2]气化技术专利商技术交流及工程设计资料[R].内部资料.特别重视煤中卤素元素对炉壁的快速腐蚀问题(2)当煤质 为煤阶比褐煤稍高的硬质褐煤、长焰煤时，由于原(3]中石化南京工程有限公司中国石化长城能源化工(贵州)有限公司40煤脱水负荷重、成浆性和沉降性差，可以考虑单炉能力大、甲烷亿方/年煤制天然气项目可行性研究报告[R].2014年5月含量介于固定床和气流床之间、没有气化废水处理难题的流化床[4中国石化工程建没有限公司.中国石化新疆能源化工有限公司80亿方1年煤制天然气项目可行性研究报告[R].2013年 10月.技术。关键是做好大技术的国产化示范。(3)当煤质为挥发分含量较高、 活性好、灰分低、灰熔点较低(本文文献格式:马炯.煤制天然气项目气化技术方案研究[J].广的烟煤时，只要煤的成浆性好、沉降时间满足要求，应优先选择东化工，2014, 41(16): 100-101)气化压力高、调节控制容易、气化炉在线率高、操作运行经验丰(上接第222页)教育教学，2011(4): 198.[5]张海蓉，现代信息技术在无机化学实验中的应用[刀.广州化工，2012,[1]李强国.基础化学实验[M].南京:南京大学出版社，2012.[2]昊永兰，文耀智，李广利，等.应用化学专业开放性实验建设的调查分40(12): 193-194.析及总结[I].湘南学院，2011, 32(5): 73-75.(本文文献格式:蒋建宏，易阳，刘莉，等.无机化学实验教学改[3]林勇，李军，王敏.无机化学实验教学中构建绿色化学思维的探索与实革与实践[J].广东化工，2014, 41(16): 22)践[科学咨询，2012(5): 131-132.[4]杨怀霞，史晓露，凡杭等.药学类专业无机化学实验绿色化教育探索[]