浅谈煤制天然气项目气化技术选择

随着我国工业化、城镇化的深入推进, 能源资源消耗持续增加, 天然气作为一种优质、高效、清洁的低碳能源, 消费量快速增长。然而由于我国常规天然气储量有限, 国内天然气产量与消费量之间的缺口逐年加大, 进口天然气量逐年增加, 2013年天然气对外依存度已超过30%。煤制天然气作为弥补国内天然气缺口的有效手段之一, 迎来了良好的发展机遇。

一、煤制天然气项目的特点

煤制天然气项目具有资源密集型、技术密集型、资金密集型的特点。建设煤制天然气项目, 必须有丰富且廉价的煤炭资源和水资源;其次是根据可长期稳定供应的煤种, 选择最适合的煤气化技术以及与之相适应的工艺技术。资源和资金是基础, 技术是保证。

二、煤制天然气项目气化工艺选择原则

1. 可靠性原则

煤制天然气属于大型投资项目, 项目建设后的顺利投产以及安全、稳定、长周期、满负荷运行, 是项目盈利的前提, 因此应采用已充分验证并有商业化运行业绩的技术。

2. 先进性原则

先进性包括两方面, 一方面指由于技术优点带来的生产消耗低的优势;另一方面指装置的大型化, 大型化装置在降低投资和消耗方面都具有优势。

3. 煤质适应性原则

煤制天然气消耗的煤量巨大, 必须有稳定的煤源供应, 依托煤矿就近坑口建设。由前面的分析可知, 煤制天然气项目应建设在煤源丰富且到厂煤价较低的地方。这就决定了煤制天然气项目是先定煤, 再定气化技术。

4. 产品适应性原则

不同的煤气化生产的粗合成气的组成不一样, 相应地下游适合生产的产品也不一样, 因此需要针对最终产品选择合适的气化技术。

三、煤气技术简介

煤气化技术按气固相间相互接触的方式分为固定床 (或移动床) 气化、流化床气化和气流床气化三类。

1. 固定床气化

固定床气化工艺包括常压固定床气化和加压固定床气化, 加压气化又分为干法排渣和液态排渣气化, 均以块煤或块焦为原料, 所产气体中有机物含量及热值较高。

常压固定床气化规模小, 不适合煤制天然气这样大型化装置的要求。

加压固定床干法排渣气化以国外Lurgi炉气化和国产碎煤加压气化为代表, 目前全世界有100多台气化炉在运行, 商业化运行的单炉投煤量不超过1000吨/天, 更大投煤量的气化炉正处于推广应用阶段。随煤种不同, 合成气中含5%~14%的CH4, 合成气热值较高, 比较适合燃气或城市煤气生产, 在生产粗合成气的同时, 副产有较高附加值的焦油和化工产品;但同时也带来了合成气的净化流程比较复杂, 排出的含油污水量大且处理困难。

加压固定床湿法排渣气化 (又称“熔渣气化”) 的代表性技术为BGL气化, 可认为是加压固定床干法排渣气化的改进型, 将干法排渣改为熔渣态排渣, 提高了气化炉的操作温度, 特别是对低灰熔点的煤作为原料, 气化炉的操作性能得了大大改进, 提高了生产能力。

2. 流化床气化

流化床气化是将气化剂从气化炉底部鼓入炉内, 细颗粒的煤在炉内处于流化状态, 在950~1100℃下发生气化反应。高灰含量的劣质煤也可作其原料, 产品气中焦油和酚等有机物含量低。世界上许多国家都在积极开展技术的研发工作, 在常压和低压条件下已有几种气化技术实现了商业化运行, 但总体上还处在发展阶段, 缺少加压、大规模工业化业绩。

3. 气流床气化

气流床气化以粉煤为原料, 以水或气体为载体将煤输送入炉。因此, 根据入炉原料的输送方法分类, 称湿法进料的为水煤浆气化和干法进料的为干粉煤气化;根据出气化炉反应室气体的冷却方式, 分为激冷流程和废锅流程。水煤浆气化的代表性技术包括国外的GE、E-Gas, 国内的多元料浆气化、多喷嘴对置水煤浆气化、水冷壁水煤浆气化等。干粉煤气化的代表性技术包括国外的GSP、Shell、Prenflo, 国内的两段炉 (TPRI) 、航天炉 (HT-L) 、东方炉 (SE) 等。

四、国内外煤制天然气项目气化技术选择

世界上第一个商业化煤制天然气项目是位于美国北达科他州的大平原合成燃料厂, 以当地褐煤为原料, 采用14台 (12开2备) 操作压力为3.17MPa G的Mk IV气化炉。该装置于1984年投产后运行很多年, 是2013年前唯一实现商业化运营的煤制天然气项目。十九世纪70年代初, 可供选择的加压、大型煤气化技术, 仅有Lurgi是唯一已经验证的较大规模的气化技术。

国内于21世纪初开始谋划建设煤制天然气项目, 截至目前, 拟建企业达数十家, 经国家发改委核准的有大唐克旗40亿立方米/年 (一期已投产) 、大唐阜新40亿立方米/年、新疆庆华能源集团55亿立方米/年 (一期已投产) 和内蒙古汇能16亿立方米/年4个煤制天然气项目。前3个项目均选择了4.0MPa G国产碎煤加压气化技术, 沿用了大平原项目的工艺技术路线;汇能项目采用6.5MPa G水煤浆气化技术。

从已建成的项目来看, 选择固定床气化的比例较大。但从拟建的正在申报的项目中, 干粉煤气化技术的比例在逐渐加大。

结语

1. 煤气化装置在煤制天然气项目中所占的投资比例高、能耗比例高, 关系到全厂的配置, 是技术选择的重点。

2. 煤制天然气项目气化工艺的选择应坚持可靠性、先进性、煤质适应性、产品适应性、环保性、经济效益最优等原则。

3. 当前煤制天然气项目气化工艺有压固定床气化、加压气流床气化、加压固定床气化和加压气流床气化的组合三种选择。

摘要：通过介绍煤制天然气项目的特点, 提出煤制天然气项目煤气化技术选择的原则, 结合对煤气化技术的介绍和分析, 对当前煤制天然气项目煤气化技术的选择给出建议, 并对今后煤制天然气项目煤气化技术的选择进行展望。

关键词：煤制天然气,煤气化,选择

参考文献

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[2] 李小彦, 王杰玲等。鄂尔多斯盆地优质煤的分类与评价[J], 煤田地质与勘探, 2007, 35 (4) :1~4.