李 銘

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

煤制天然氣煤氣化技術(shù)的研究現(xiàn)狀及分析

李 銘

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

隨著人們生活水平的不斷提高以及世界工業(yè)的高速發(fā)展，作為一種高效清潔能源，中國作為人口大國，天然氣的需求越來越大，因此，中國在較長時(shí)間內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。煤制天然氣技術(shù)的大力發(fā)展不僅可有效緩解中國的能源危機(jī)，并且可以有效地改善中國的環(huán)境狀況。本文綜述了煤制天然氣的現(xiàn)狀，并對(duì)現(xiàn)今的煤氣化技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，希望對(duì)相關(guān)人士有所幫助。

煤制天然氣；煤氣化技術(shù)；現(xiàn)狀；研究分析

我國是一個(gè)富煤、貧油、少氣的國家。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化的推進(jìn)，天然氣消費(fèi)量已迎來快速增長期。適度發(fā)展煤制天然氣，可以有效增加國內(nèi)天然氣供給，降低對(duì)外依存度，提高國家能源安全保障。目前，已建成的大型煤制天然氣項(xiàng)目建設(shè)投資較高，裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較差；要提高煤制天然氣裝置的經(jīng)濟(jì)效益，需要對(duì)工藝路線進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和改進(jìn)，以降低裝置投資和運(yùn)行消耗。

1 我國煤、油、氣現(xiàn)狀級(jí)煤制天然氣的重要性

隨著人們生活水平的提高以及工業(yè)生產(chǎn)的快速增長，天然氣作為一種安全、方便、清潔、優(yōu)質(zhì)、高效的能源，其需求量正日益增長。中國能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為“富煤、缺油、少氣”，天然氣儲(chǔ)量僅占世界總儲(chǔ)量的1.3%。雖然中國天然氣產(chǎn)量正逐年攀升，但其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上需求量，天然氣的嚴(yán)重短缺已經(jīng)嚴(yán)重制約了中國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而化石燃料的大量使用會(huì)對(duì)全球生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此，作為煤炭資源較為豐富的國家，對(duì)煤炭資源加以清潔利用以合成天然氣，不僅能有效緩解中國的天然氣供需危機(jī)，還能明顯降低氣體污染物的排放，對(duì)中國的環(huán)境保護(hù)及能源發(fā)展具有重要意義。

2 煤氣化技術(shù)概念

煤制天然氣就是煤經(jīng)過氣化生產(chǎn)合成氣，再經(jīng)過凈化處理，最后甲烷化合成發(fā)熱量大于33.49MJ/m3的合成天然氣。煤制天然氣技術(shù)成熟、可靠；煤耗低，能源轉(zhuǎn)化率高。另外天然氣產(chǎn)品可以依賴國內(nèi)完善的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸、分配、銷售，使天然氣產(chǎn)品具有很大的市場空間?？梢猿溥\(yùn)輸成本分利用國內(nèi)的低熱值褐煤或者地處偏遠(yuǎn)、高的煤炭資源，就地建設(shè)煤制天然氣項(xiàng)目。因此煤制天然氣不僅能解決國內(nèi)天然氣資源供應(yīng)的緊張局面，同時(shí)也是一種高效清潔利用煤炭資源的途徑。煤氣化工藝是發(fā)展煤制天然氣項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)。

3 煤制天然氣技術(shù)

3.1 魯奇甲烷化技術(shù)

魯奇甲烷化技術(shù)采用的催化劑為鎳基催化劑，催化劑可以再550～700度高溫下操作，活化溫度為250～290度；魯奇甲烷化工藝流程有三個(gè)絕熱反應(yīng)器，原料在汽化以后，進(jìn)人循環(huán)管線，可以有效防止原料由第一反應(yīng)器向第二反應(yīng)器輸送過程中，第一反應(yīng)器出口溫度過高的問題，同時(shí)為了提高煤制天然氣熱效率，魯奇甲烷化工藝在反應(yīng)器出口處回收反應(yīng)熱，反應(yīng)熱主要是利用換熱器完成，脫硫槽在SNG換熱器前而且魯奇甲烷化只有一個(gè)補(bǔ)充甲烷器這與戴維甲烷化有明顯不同。

3.2 托普索甲烷化技術(shù)

托普索甲烷化技術(shù)反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致了很高的升，通過循環(huán)來控制第一甲烷化反應(yīng)器的度，一般有三個(gè)反應(yīng)器，第二和第三絕熱反應(yīng)器可用一個(gè)沸水反應(yīng)器(BWR)代替。托普索甲烷化技術(shù)通過高壓過熱蒸汽利用與回收甲烷化熱量，并通過延長產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品附加值的提升。

4 煤制天然氣煤氣化技術(shù)

煤氣化工業(yè)上以煤為原料生產(chǎn)合成氣已有百余年歷史，國外煤氣化技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段，早在20世紀(jì)50年代煤氣化技術(shù)就已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，后因天然氣、石油的大量開發(fā)，煤氣化技術(shù)的開發(fā)一度停止；20世紀(jì)70年代初，國際性能源危機(jī)導(dǎo)致許多發(fā)達(dá)國家紛紛尋找替代能源，各國對(duì)煤氣化技術(shù)的研究重新提上日程；近20年來，國外許多公司為了提髙燃煤電廠熱效率，減少對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了大量的工作，進(jìn)一步促進(jìn)了煤氣化技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)煤氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和燃料在氣化爐中進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式，煤氣化工藝可分為三種類型：固定床(移動(dòng)床)、流化床和氣流床。

4.1 加壓移動(dòng)床(固定床)氣化

固態(tài)排渣魯奇爐在國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛。優(yōu)點(diǎn)為原料適應(yīng)性較好，單爐生產(chǎn)能力較大，氣化壓力較高，合成氣氫碳比適中，氣化煤時(shí)，可得到焦油、中油、輕油、粗酚氨等副產(chǎn)品；其缺點(diǎn)是煤氣化產(chǎn)生廢水量大并且處理難度大，合成氣質(zhì)量較差(含1096左右甲烷)。

4.2 流化床氣化

流化床反應(yīng)器本身適用于高放熱大規(guī)模的非均相催化反應(yīng)，流化狀態(tài)使氣體-固體混合均勻?qū)е路磻?yīng)器內(nèi)接近等溫，操作變得簡單容易，熱量和質(zhì)量傳遞比固定床反應(yīng)器要快得多。此外，可以連續(xù)地加入和更換催化劑，增加生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)能力。在流化床反應(yīng)器的工藝技術(shù)中，以原料氣作為固體催化劑顆粒流化介質(zhì)的流化床反應(yīng)工藝，可以促進(jìn)原料氣和催化劑的有效接觸，提高了裝置的生產(chǎn)能力。

4.3 氣流床氣化

中國自主開發(fā)了多噴嘴煤漿氣化工藝。神華煤田煤種屬于低變質(zhì)程度年輕煙煤，煤質(zhì)低硫、低灰、高發(fā)熱量，是優(yōu)質(zhì)氣化原料。煤的0～50mm篩分組成中，小于6mm粒度的重量占30%～40%，機(jī)械強(qiáng)度85左右，HGI可磨指數(shù)53～56，由于內(nèi)水相對(duì)較高，到北部地區(qū)達(dá)8%左右，導(dǎo)致神華煤成漿性較差，煤漿濃度66%左右，大部分神華煤灰中Fe2O3、CaO含量較高，導(dǎo)致其灰熔點(diǎn)較低，適合液態(tài)排渣氣化爐使用。從煤的巖相分析可知其惰性組分(絲碳)含量較高，對(duì)直接液化不利。神華煤不易長期儲(chǔ)存，暴曬、雨淋后會(huì)粉化，影響機(jī)械強(qiáng)度。

結(jié)束語

隨著煤氣化技術(shù)的不斷發(fā)展，煤制天然氣項(xiàng)目可選擇的氣化技術(shù)也越來越多，技術(shù)成熟、更環(huán)保、能耗低、經(jīng)濟(jì)性好的氣化技術(shù)將成為煤制天然氣項(xiàng)目氣化技術(shù)未來的發(fā)展的方向。

[1]汪壽建. 現(xiàn)代煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用綜述[J]. 化工進(jìn)展，2016，03：653-664.

[2]張麗萍. 我國煤制天然氣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 化工管理，2016，02：193.

[3]劉哲語，李俊國，李春玉，黃戒介，徐奕豐，房倚天. 多段分級(jí)轉(zhuǎn)化流化床煤氣化技術(shù)研發(fā)與進(jìn)展[J]. 煤化工，2016，01：3-6.

[4]蘇煉，韋朋. 對(duì)我國煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展的思考和建議[J]. 煤炭加工與綜合利用，2016，08：1-8.