朱健

摘要：本論文闡述我國(guó)豐富的煤炭資源，并積極發(fā)展煤制代用天然氣，以緩解天然氣供應(yīng)緊張局面。但發(fā)展煤制氣受多種因素影響，因此針對(duì)煤制氣工藝、發(fā)展技術(shù)、發(fā)展前景作出綜合性評(píng)定。分析了中國(guó)發(fā)展煤制天然氣的必要性和煤制天然氣項(xiàng)目概況。對(duì)中國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：煤炭資源；煤制氣；工藝技術(shù)；

隨著人們生活水平的提高，對(duì)居住環(huán)境的要求也日益提高，在這個(gè)背景下人們對(duì)優(yōu)質(zhì)清潔能源天然氣的需求也急劇攀升，其在能源結(jié)構(gòu)中的比例迅速增加。中國(guó)天然氣儲(chǔ)量不足、產(chǎn)能有限的能源現(xiàn)狀，導(dǎo)致天然氣供需矛盾日益突出。國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)研究所研究報(bào)告預(yù)計(jì)，2015 年中國(guó)天然氣消費(fèi)量將增長(zhǎng)至 1500 億 m3 ，2020 年增長(zhǎng)至 3000 億 m3 。而與此同時(shí)，中國(guó)天然氣產(chǎn)量將分別為 1400 億 m3 、1500 億 m3 左右，因此中國(guó)未來(lái)天然氣的供需將出現(xiàn)巨大的缺口 。從 2007 年 11 月開(kāi)始，中國(guó)就禁止了天然氣制甲醇項(xiàng)目，并限制煤炭充足地區(qū)的天然氣發(fā)電來(lái)保障城市燃?xì)獾奶烊粴夤?yīng) 。

1.我國(guó)煤制氣發(fā)展前景

煤制氣項(xiàng)目是以煤炭為主要原料生產(chǎn)化工和能源產(chǎn)品，傳統(tǒng)煤化工主要包括合成氨、甲醇、焦炭和電石四種產(chǎn)品，現(xiàn)代煤制氣是指替代石油或石油化工的產(chǎn)品，目前主要包括煤制油、煤制烯烴、二甲醚、煤制天然氣等。煤制氣是非石油路線(xiàn)生產(chǎn)替代石油產(chǎn)品的一個(gè)有效途徑。從有關(guān)資料看，煤制氣的能源轉(zhuǎn)化效率較高，比用煤生產(chǎn)甲醇等其他產(chǎn)品高約13%，比直接液化高約8%，比間接液化項(xiàng)目高約18%。

煤制氣前景看好，相對(duì)于傳統(tǒng)煤化工已經(jīng)日益明顯的“夕陽(yáng)”特征，而在材料和燃料兩個(gè)新型煤化工發(fā)展方向上，煤質(zhì)烯烴和煤質(zhì)乙二醇等煤基材料的發(fā)展前景要好于煤制油等新型煤基清潔能源的煤基燃料方向。

2.煤制天然氣概述

煤制天然氣是以煤為原料，采用氣化、凈化和甲烷化技術(shù)制取的合成天然氣。天然氣（natural gas）又稱(chēng)油田氣、石油氣、石油伴生氣。開(kāi)采石油時(shí)，只有氣體稱(chēng)為天然氣；石油和石油氣，這個(gè)石油氣稱(chēng)為油田氣或稱(chēng)石油伴生氣。天然氣的化學(xué)組成及其理化特性因地而異，主要成分是甲烷，還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等。無(wú)硫化氫時(shí)為無(wú)色無(wú)臭易燃易爆氣體，密度多在0.6～0.8g/cm3，比空氣輕。通常將含甲烷高于90%的稱(chēng)為干氣，含甲烷低于90%的稱(chēng)為濕氣。天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、清潔能源，煤制天然氣的耗水量在煤化工行業(yè)中是相對(duì)較少，而轉(zhuǎn)化效率又相對(duì)較高，因此，與耗水量較大的煤制油相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，煤制天然氣過(guò)程中利用的水中不存在有無(wú)污染物質(zhì)，對(duì)環(huán)境的影響也較小。

3.煤制天然氣工藝流程

煤制SNG可以高效清潔地利用我國(guó)較為豐富的煤炭資源，尤其是劣質(zhì)煤炭；還可利用生物質(zhì)資源，拓展生物質(zhì)的利用形式，來(lái)生產(chǎn)國(guó)內(nèi)能源短缺的天然氣，然后并入現(xiàn)有的天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)；再利用已有的天然氣管道和NGCC電廠(chǎng)，在冬天供暖期間，將生產(chǎn)的代用天然氣供給工業(yè)和用作為燃料用于供暖；在夏天用電高峰時(shí)，部分代用天然氣用于發(fā)電；在非高峰時(shí)期，可以轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)NG以作戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備；從而省去了新建燃煤電廠(chǎng)或改建IGCC電廠(chǎng)的投資和建立鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用，并保證了天然氣供應(yīng)的渠道和實(shí)現(xiàn)了CO2的減排。由此可見(jiàn)，煤制SNG是一舉數(shù)得的有效措施，有望成為未來(lái)劣質(zhì)煤炭資源和生物質(zhì)資源等綜合利用的發(fā)展方向。本文以某廠(chǎng)煤制SNG項(xiàng)目為例，首先對(duì)總工藝流程進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述，并對(duì)其中甲烷化技術(shù)進(jìn)行了介紹。其次對(duì)流程進(jìn)行了模擬計(jì)算，得出客觀(guān)可靠數(shù)據(jù)。最后對(duì)煤制SNG在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析。

3.1工藝簡(jiǎn)介

煤制SNG技術(shù)是利用褐煤等劣質(zhì)煤炭，通過(guò)煤氣化、一氧化碳變換、酸性氣體脫除、高甲烷化工藝來(lái)生產(chǎn)代用天然氣。本文所研究項(xiàng)目的工藝流程如圖1所示，其中氣化采用BGL技術(shù)，并配有空分裝置和硫回收裝置。主要流程為：原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧幚砗?，?jīng)煤鎖送入氣化爐。蒸汽和來(lái)自空分的氧氣作為氣化劑從氣化爐下部噴入。在氣化爐內(nèi)煤和氣化劑逆流接觸，煤經(jīng)過(guò)干燥、干餾和氣化、氧化后，生成粗合成氣。粗合成氣的主要組成為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化氫、油和高級(jí)烴，粗合成氣經(jīng)急冷和洗滌后送入變換單元。

粗合成氣經(jīng)過(guò)部分變換和工藝廢熱回收后進(jìn)入酸性氣體脫除單元。粗合成氣經(jīng)酸性氣體脫除單元脫除硫化氫和二氧化碳及其它雜質(zhì)后送入甲烷化單元。在甲烷化單元內(nèi)，原料氣經(jīng)預(yù)熱后送入硫保護(hù)反應(yīng)器，脫硫后依次進(jìn)入后續(xù)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到合格的天然氣產(chǎn)品，再經(jīng)壓縮干燥后送入天然氣管網(wǎng)。

3.2甲烷化技術(shù)

煤制SNG工藝流程中主要包括煤氣化、變換、酸性氣體脫除、甲烷化等工藝技術(shù)，其中高甲烷化技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.2.1托普索甲烷化技術(shù)

丹麥托普索公司開(kāi)發(fā)甲烷化技術(shù)可以追溯至20世紀(jì) 70年代后期，該工藝已經(jīng)在半商業(yè)規(guī)模的不同裝置中得到證明，在真實(shí)工業(yè)狀態(tài)下生產(chǎn)200m3/h～3000m3/h的SNG。在TREMPTM工藝中，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(guò)循環(huán)來(lái)控制第一甲烷化反應(yīng)器的度。TREMPTM工藝一般有三個(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，雖投資較高，但能夠解決空間有限問(wèn)題。另外，在有些情況下，采用四個(gè)絕熱反應(yīng)器是一種優(yōu)化選擇，而在有些條件下，使用一個(gè)噴射器代替循環(huán)壓縮機(jī)。除了核心技術(shù)外，因?yàn)樯a(chǎn)甲烷的過(guò)程要放出大量的熱量，如何利用和回收甲烷化熱量是這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。托普索工藝可以將這些熱量再次利用，在生產(chǎn)天然氣的同時(shí)，產(chǎn)出高壓過(guò)熱蒸汽。

3.2.2魯奇甲烷化技術(shù)

魯奇甲烷化技術(shù)首先由魯奇公司、南非沙索公司在20世紀(jì)70年代開(kāi)始在兩個(gè)半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)廠(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，證明了煤氣進(jìn)行甲烷化可制取合格的天然氣，其中CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%，CO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%，產(chǎn)品甲烷含量可達(dá)95%，低熱值達(dá)8500kcal/Nm3，完全滿(mǎn)足生產(chǎn)天然氣的需求。

4.總結(jié)

煤制氣項(xiàng)目對(duì)工業(yè)快速發(fā)展具有一定的必要性；對(duì)于人們生活質(zhì)量的提高也具有重要的意義。特別是煤制天然氣項(xiàng)目，它具有廣闊的發(fā)展空間和光明的發(fā)展前景。從技術(shù)上說(shuō)：煤制氣技術(shù)中，KBR制氨技術(shù)效率高而且環(huán)保，在煤制天然氣技術(shù)上我國(guó)也有所突破。隨著市場(chǎng)油價(jià)的增長(zhǎng)，煤制天然氣發(fā)展空間很大，同時(shí)國(guó)家政策又給予有利的鞭策及支持，這使煤制氣更“健康而茁壯成長(zhǎng)”例如：2010年6月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于規(guī)范煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)范和引導(dǎo)，促進(jìn)煤制天然氣行業(yè)健康發(fā)展。所以發(fā)展煤化工的煤制氣項(xiàng)目具有發(fā)展前景。

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