李仕超

（浙能集團新疆準東能源化工有限公司，新疆奇臺 831800）

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新疆煤制天然氣項目氣化工藝比較

李仕超

（浙能集團新疆準東能源化工有限公司，新疆奇臺 831800）

摘 要：介紹了新疆準東煤田將軍廟礦區(qū)煤種的煤質(zhì)情況，針對煤種高水含量、特低硫、高揮發(fā)分和低灰熔點，以及可磨性好等特點，對各種煤氣化工藝進行了對比，探討了煤制天然氣項目煤氣化工藝的選擇方案。

關(guān)鍵詞：煤制天然氣；粉煤氣化；熔渣氣化；GSP氣化；水煤漿氣化

當前中國能源消費主要涉及原煤、石油、天然氣、水電、核電和風(fēng)能。在能源消費結(jié)構(gòu)中，近年來原煤的消費比例接近70％，石油所占比例約20％。清潔能源的比例不足10％，其中天然氣的消費比例不足5％，是全球煤炭消費最多的國家。我國的一次能源生產(chǎn)和消費中煤炭占據(jù)了7成以上，這使得我國的空氣污染明顯；大部分地區(qū)采用傳統(tǒng)粗放式的煤炭開采方式，導(dǎo)致了大面積的煤炭采空區(qū)；森林因砍伐而消失，出現(xiàn)了明顯的水土流失現(xiàn)象。能源結(jié)構(gòu)的不合理，導(dǎo)致能源開發(fā)與利用問題眾多，從而對周邊環(huán)境造成嚴重破壞，空氣污染、水污染等問題突出，對于地區(qū)氣候以及全球氣候均有影響。

因此，煤炭的清潔利用不僅可以大量降低二氧化碳等溫室氣體的排放，還能減少二氧化硫和氮氧化物等霧霾污染源的排放，維護生態(tài)平衡，改善環(huán)境。

新疆地區(qū)煤炭資源豐富，充分利用準東煤田煤炭資源，對于發(fā)展煤化工、開發(fā)新的能源工業(yè)，具有得天獨厚的資源優(yōu)勢。新疆準東煤田將軍廟礦區(qū)主要是長焰煤，具有中高揮發(fā)分、低硫分、低磷、中高全水分-高全水分、中高鈉、低-高融灰分、特高熱值、低含油等特征，是良好的動力用煤，也可作為氣化、液化和煉油用煤。

1 將軍廟礦區(qū)煤質(zhì)情況

新疆將軍廟礦區(qū)煤，根據(jù)煤質(zhì)分析資料和綜合評價，空氣干燥基水分10.20％，全水分17.35％，低位發(fā)熱量21.39MJ/kg（ar），碳含量（Cad）56.95％，氫含量（Had）2.64％，氮含量（Nad）0.49％，硫含量（St.ad）0.42％，灰熔點（DT）1 030℃，（ST）1 080℃，（FT）1 140℃。屬于水含量高、氧含量中等、成漿性較差的煤種。該煤樣灰熔點低，可磨性好，硫含量低，灰分含量中等，固定碳含量中等，發(fā)熱量較低，屬于變質(zhì)程度較低的煤。

2 煤制天然氣氣化工藝

煤制天然氣項目作為煤化工中工藝流程較短的工藝，從屬于煤化工的一個分支產(chǎn)業(yè)，氣化作為項目的核心裝置，氣化工藝的選擇仍然是整個項目成敗的關(guān)鍵。

煤氣化反應(yīng)過程與煤質(zhì)有著非常密切的關(guān)系，此外還必須對消耗與成本、工藝技術(shù)指標、工藝的成熟度、環(huán)保性能以及最終產(chǎn)品需要等因素進行研究，才能最終選擇適合的氣化技術(shù)，達到裝置的高效優(yōu)質(zhì)運行。

目前主流的煤氣化技術(shù)有固定床氣化和氣流床氣化技術(shù)。其中固定床氣化技術(shù)包括碎煤加壓氣化技術(shù)和熔渣氣化技術(shù)（BGL爐、YM爐技術(shù)）；氣流床氣化技術(shù)包括水煤漿氣化和干煤粉氣化兩種技術(shù)，水煤漿氣化技術(shù)主要有GE加壓氣化、多元料漿氣化、四噴嘴加壓氣化技術(shù)；干粉煤加壓氣化技術(shù)主要有GSP粉煤氣化、航天爐氣化、五環(huán)爐和科林爐等技術(shù)。

考慮到煤制氣項目的終端產(chǎn)品為甲烷，應(yīng)優(yōu)先考慮氣化爐粗煤氣中甲烷含量較高的氣化工藝，減少后系統(tǒng)投資。

3 各種氣化工藝比較

（1）Shell干煤粉氣化工藝進入國內(nèi)較早，已有多套成熟可靠的工業(yè)化裝置，能實現(xiàn)長周期在線運行，適用于多種煤質(zhì)，單爐投煤量達3 000 t/d以上，但其總體投資較高，綜合技術(shù)經(jīng)濟收益低。

（2）多元料漿氣化作為水煤漿氣化技術(shù)中的一種，在國內(nèi)已有工業(yè)化裝置驗證，較為成熟可靠。但是將軍廟礦區(qū)煤種在加添加劑后制得的煤漿濃度僅為56.5％，成漿性較差，達不到60％水煤漿濃度的要求，經(jīng)濟性和能效較低，需增加原料煤的熱解裝置，增加原料消耗和項目投資，因此不考慮水煤漿氣化技術(shù)。

（3）將軍廟礦區(qū)煤田的煤化學(xué)活性好，揮發(fā)分較高，灰熔點低（FT：1 140℃），非常適合熔渣氣化技術(shù)；同時，較低灰熔點，特別是灰熔溫度窗口窄（DT：1 030℃、ST：1 080℃、FT：1 140℃），煤灰從DT變形溫度到最終FT流動溫度溫差只有110℃，操作溫度必須控制較低來實現(xiàn)固態(tài)排渣，需要加入大量的蒸汽來控制氣化爐爐溫，使得污水處理量大，后端污水處理裝置處理負荷加大。

從已運行的大唐克旗煤制氣項目來看，廢水處理是全廠的重要環(huán)保難題，要達到零排放要求，廢水處理成本高達100元/t，增加了企業(yè)成本和環(huán)保壓力。因此，不考慮碎煤加壓氣化技術(shù)。

（4）抽取具有代表性的熔渣氣化和航天爐干煤粉氣化作比較分析（產(chǎn)能為20億/Nm3煤制氣），氣化工藝技術(shù)指標見表1。

表1 氣化工藝技術(shù)指標表

熔渣氣化工藝由于其合成氣中含有一定量的甲烷，可以減少氣化后系統(tǒng)的負荷，減少能耗，比較適合生產(chǎn)甲烷產(chǎn)品，且氧耗煤耗低。干粉煤氣化工藝由于其合成氣中幾乎不含甲烷，所以其合成氣比較適合生產(chǎn)合成氨和甲醇，氧耗及煤耗較高。已投用的氣化爐統(tǒng)計見表2，原料消耗對比見表3，投資效益對比見表4。

表2 已投用氣化爐統(tǒng)計

表3 原料消耗對比

表4 投資效益對比

結(jié)合項目的規(guī)模、技術(shù)經(jīng)濟分析和煤質(zhì)特性來看，BGL熔渣氣化技術(shù)和GSP技術(shù)更適合煤制氣項目，各有優(yōu)勢。

BGL熔渣氣化使用塊煤作原料，采用氧氣和水蒸氣為氣化劑，氣化溫度比碎煤加壓氣化高200～300℃，超過90％水蒸氣被分解，氣化強度高，同時氣化爐粗煤氣含有可觀的甲烷含量，氧氣消耗大大低于流化床氣化爐將軍廟礦區(qū)煤種，由于熱穩(wěn)定性較低，需要增加原煤成型裝置，增加了投資［1］。BGL熔渣氣化技術(shù)的污水排放量雖然比Lurgi爐減少不少，污水處理總體投資和運行費用會大幅降低，但其中關(guān)鍵的酚、氨、焦油、甲烷等有機元素仍然存在，這同樣是后端處理時需要解決的棘手難題。在2015年12月31日，環(huán)境保護部對外發(fā)布了《現(xiàn)代煤化工建設(shè)項目環(huán)境準入條件（試行）》，要求煤化工項目執(zhí)行廢水零排放標準，必須對結(jié)晶鹽的利用與處置展開示范，這對采用BGL氣化等固定床技術(shù)的項目提出了高標準。此外，目前煤制天然氣項目主要集中布局在內(nèi)蒙古和新疆等偏遠地區(qū)，煤焦油和石腦油等副產(chǎn)品的市場銷售也是需要解決的難題。

BGL氣化在內(nèi)蒙古金星化工5080項目上已穩(wěn)定運行，裝置運行負荷達到80％設(shè)計值，在中煤鄂爾多斯尿素項目運行負荷達到85％～90％，均實現(xiàn)了長周期、穩(wěn)定運行。

GSP粉煤氣化采用氣流床粉煤氣化技術(shù)，要求氣化爐操作溫度在煤種FT溫度之上300～400℃，具有較寬的操作窗口，保證煤灰的黏度指標在5～25 Pa·s，利于氣化爐壁掛渣。碳轉(zhuǎn)化率高達99％以上，冷煤氣效率大于80％，粗煤氣中有效氣（CO +H2）含量高于94％；氣化溫度高，對原料煤的灰熔點限制較少。不產(chǎn)生焦油、酚等物質(zhì)，廢水容易處理，不污染環(huán)境；開停車方便，可在5 h內(nèi)完成從投料到滿負荷運行全過程，操作彈性大。［2］

GSP氣化工藝的缺點是原料為粉煤，而且對含水量要求嚴格，對于準東煤，需要增加磨煤系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)；相同規(guī)模較固定床氣化技術(shù)投資高；出口氣中幾乎不含甲烷，增加后系統(tǒng)負荷。GSP氣化沒有煤焦油等副產(chǎn)品，因此項目經(jīng)濟效益比BGL熔渣氣化技術(shù)低。

GSP氣化工藝融合了Shell氣化和GE水煤漿氣化的優(yōu)點，已在神華寧煤煤制烯烴項目上投用5臺氣化爐，單爐滿負荷連續(xù)穩(wěn)定運行時間最長109 d，氣化爐連續(xù)運行時間超過300 d。

4 結(jié)語

綜上所述，新疆將軍廟礦區(qū)煤屬于較年輕的長焰煤，變質(zhì)程度較低，普遍存在20％ ～40％的粉煤需要考慮完全利用，因此可考慮使用粉煤氣化和熔渣氣化組合的方式。但選用組合式氣化技術(shù)，將增加運行管理難度，需要綜合考慮。

熔渣氣化有不同的專利商（BGL/澤瑪克、云煤YM爐），粉煤氣化也有航天爐、GSP氣化、五環(huán)爐等不同的規(guī)格爐型，還需要綜合技術(shù)經(jīng)濟評價，研究不同的專利商、不同規(guī)格氣化爐的優(yōu)劣勢，擇優(yōu)選擇。

同時還應(yīng)考慮政策符合性，比如相關(guān)政策對能效、煤耗和水耗的要求。此外粉煤氣化和熔渣氣化的產(chǎn)氣規(guī)模，氣化爐具體選型，都是需要納入考慮范圍的。

參考文獻：

［1］汪家銘.BGL碎煤熔渣氣化技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用［J］.化學(xué)工業(yè)，2011，29（7）：34-39.

［2］齊景麗，孔繁榮.幾種煤氣化技術(shù)的先進性與適用性分析［J］.化工設(shè)計通訊，2012（5）：15-19.

修改稿日期：2016-02-20

生產(chǎn)技術(shù)

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.03.008 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.03.008

中圖分類號：TQ546

文獻標識碼：B

文章編號：1004-8901（2016）03-0027-02

作者簡介：李仕超（1981年-），男，四川宜賓人，2012年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)任浙能集團新疆準東能源化工有限公司工藝技術(shù)部副主任。

Comparison of Gasification Processes of the Xinjiang SNG Project

LI Shi-chao
（Zhundong Energy Chemical Co.，Ltd.of Zhejiang Provincial Energy Group Co.，Ltd.，Qitai Xinjiang 831800 China）

Abstract：This paper introduces the quality of coal at Jiangjunmiao mining area of Zhundong Mine of Xinjiang，as per its characters of high water content，specially low sulphur content，high volatile content，low ash melting point and good grindability，the paper points out an optional scheme for the Xinjiang SNG Project after comparing coal gasification processes.

Keywords：coal based SNG；entrained flow gasification；slag gasification；GSP gasification；coal slurry gasification