煤制天然气项目气化技术选择

化学工业第28卷第11期8CHEMICAL 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She'气化工艺,CSP气化工艺与Lugi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)11-0008-04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3000亿m3。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1400亿m3、1500亿m3左右,因此然气包括以下几大部分:空分、煤气化,净化(C0我国未来天然气的供需将出现很大的缺口。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C0变换,调整合成气中H/C比。在变换工艺了She气化工艺、GSP气化工艺与Lurg气化工后,脱除酸性气体中HS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。空分装置煤天化/气变换适宜的脱硫脱碳净的甲烷化天然号干燥CO/H2比合成气硫回收卜硫或硫图1煤制天然气流程2气化技术加热到一定温度后,与中压蒸汽混合,经工艺喷2IShe气化技术嘴送人炉内。煤粉与氧气在40MPa表压下,发Shel.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≤30mm)由原成气中国煤化工气化炉顶排出。煤贮运系统的皮带式输送机送入碎煤仓中,经过收稿日CNMHG破碎、磨煤及干燥过程后,由N2或CO2输送进人作者简介: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气化炉顶部的煤气温度约1600℃,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900℃左右进人废锅回收热urgi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5-50mm,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、残焦燃高压蒸汽烧、灰渣排出等物理化学过程。气化温度为700~1100℃,气化压力为30-40MPa。 Lurgi碎煤加压气化炉如图4所示。中压蒸汽合成气图2Shl气化炉工艺旋转炉篦‖合成气气化剂22GSP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、磨煤灰和干燥,干燥后的煤粉用高压№2(高于气化压力约1MPa)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1400-1600℃,3不同气化工艺主要技术参数对比气化压力通常为25-40MPa;反应后的气体进31炉参数和粗合成气成分入反应室下部的激冷室进行激冷,液态渣也流入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。CSP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于煤粉|纯氧项目She气化GSP气化 Lurgi气化参数气化压力MPa423~40低压蒸汽气化温度r℃C1300-17001350-1750700-1100纯氧纯氧+水蒸汽纯氧+水蒸汽出口合成气度粗合成气摩尔合成气去下游分数%灰水处理dH中国煤化工CNMHGS 27-32炉渣CH+C?图3GSP气化炉工艺08~1.108-1.1化学工业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700-1100℃之间,有必要进行对比分析因此其合成气中CH4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She及CSP气化技术的005%。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Shel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 Shell1000℃。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40℃,而She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170℃与220℃。煤制天然气下BOD3、酚、氨氮、油等各类污染物质浓度仍很游变换温度约为260℃,因此Iugi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Shll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,Lurg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34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m3/a规模煤制天然气工程造价。rgi气化岛出口合成气含大量水蒸汽,完全满足CO变换所需,在变换环节不再需要新增加水蒸汽。由于She'化岛出口合成气含水蒸汽量低,需要外加水蒸汽以满足反应需求,这部分水蒸汽取自废锅。3.2副产物不同的气化方式产生的副产品存在差异。 Shell气化炉和GSP气化炉的主要副产品为硫磺,而污水处理;■热电站;口甲烷化;口净化;■空分;口气化lurgi气化由于采用固定床的气化方式,伴生大量焦油、粗轻油、粗酚等副产品。若以20亿m}/a图5采用不同气化技术煤制天然气工程造价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Shel!气化炉总造价最高,品焦油、粗轻油、粗酚总产量,约为22万ta。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,Lurg气化技术的动力电站)和污水处理设备的投资较低刷产品较其余两种气化技术多至少5亿元/a的经对中国煤化工资低于she气济价值。化炉CNMHG甲烷化设备的规33环保指标模及投资与She化工艺相当。对于Lui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144CHEMICAL INDUSTRY010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 1 240 kt annually and with oversupply riskKeywords: 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,Shel气化工艺与GSPLupg气化技术由于甲烷化装置中较小的处理气量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She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She'化和GSP气化工艺要高。投资最低,其次为GSP气化工艺,Shl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Iug气化炉单台投煤量小,对效益的重要方面。由于Lumg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济性。参考文献4结论[1]熊志建,邓蜀平,蒋云峰,等煤制天然气产业风险评估及对策研究[J].河南化工,2010,(4):211) 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CH4含量最高,对煤制天然气项目中占有一定优2010,(7):36.势,但Shel气化工艺和GsP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):94The Analysis of Gasification Technology in Coal Based SNG ProjectLIU Jiang, SU Feng-ming, LING FengChina Power Complete Equipment Co, LTD, Beijing 100011, China)Abstract: In thimance 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 gasification technologies are compared. The data and results can中国煤化工 ection of gasificationtechnologies in coal based SNGCNMHGKeywords: coal based SNG plant; gasification; technical economical comparison