化學(xué)工業(yè)第28卷第11期●8.CHEMICAL INDUSTRY2010年11月煤制天然氣項(xiàng)目氣化技術(shù)選擇劉江，宿鳳明，凌鋒(中國(guó)電能成套設(shè)備有限公司,北京10011)摘要: 分析了Shell氣化工藝，GSP氣化工藝與Lurgi氣化工藝在煤制天然氣項(xiàng)目參數(shù)、粗合成氣成分、主要副產(chǎn)品產(chǎn)量、環(huán)保指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)性，為煤制天然氣項(xiàng)目中氣化技術(shù)的選擇提供參考和依據(jù)。關(guān)鍵詞:煤氣化廠;煤氣化;技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比文章編號(hào): 1673- 9647 (2010) 1-0008-04中圖分類號(hào): TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和加強(qiáng)環(huán)保等政策的實(shí)成分、主要副產(chǎn)品產(chǎn)量、環(huán)保指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)性的施，國(guó)內(nèi)對(duì)天然氣的需求與日俱增。國(guó)務(wù)院發(fā)展差異,為煤制天然氣項(xiàng)目中氣化技術(shù)的選擇提供研究中心市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)研究所研究報(bào)告預(yù)計(jì),2015年參考和依據(jù)。我國(guó)天然氣消費(fèi)量將增長(zhǎng)至1500億m', 2020年1煤制天然氣工藝簡(jiǎn)介增長(zhǎng)至3 000億m'。而與此同時(shí)，我國(guó)天然氣產(chǎn)煤制天然氣流程見圖1。如圖1所示，煤制天量將分別為1 400億m2、1 500億m23左右，因此然氣包括以下幾大部分:空分、煤氣化,凈化(CO我國(guó)未來(lái)天然氣的供需將出現(xiàn)很大的缺口1。由于變換，酸性氣體脫除、冷凍)、甲烷化(含甲烷化、我國(guó)巨大的天然氣消費(fèi)市場(chǎng)及強(qiáng)勁的增長(zhǎng)趨勢(shì),壓縮、干燥)及硫回收等裝置2。氣化爐是源頭設(shè)許多大型能源企業(yè)相繼開展煤制天然氣項(xiàng)目。煤備，一般采用煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)粗合成氣。由于氣化工藝為煤制天然氣項(xiàng)目的源頭，是需要重點(diǎn)粗合成氣中的CO和H2成分比例不適合直接用考慮的環(huán)節(jié)。針對(duì)項(xiàng)目實(shí)際情況，正確選擇煤氣于天然氣合成，為滿足甲烷化的需要，需通過(guò)部化技術(shù)，對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目的成敗至關(guān)重要。本文分析分CO變換，調(diào)整合成氣中H/C比。在變換工藝了Shell 氣化工藝、GSP氣化工藝與Lurgi氣化工后，脫除酸性氣體中H$S及CO2等,然后再通過(guò)藝在煤制天然氣工藝中的重要性能參數(shù)及對(duì)系統(tǒng)甲烷化及干燥，生產(chǎn)合成天然氣產(chǎn)品，合格產(chǎn)品的影響，對(duì)比分析了這三種氣化技術(shù)的粗合成氣送管網(wǎng)?！?空分裝置謀然|粗煤氣l變換適宜的脫硫脫碳.潔凈的甲烷化天熱干燥煤一化|C0/H2比H2S合成氣網(wǎng)碗回收+硫或硫酸圖1煤制天然氣流程2氣化技術(shù)加熱到- -定溫度后，與中壓蒸汽混合,經(jīng)工藝噴2.1 Shell 氣化技術(shù)嘴送人爐內(nèi)。煤粉與氧氣在4.0 MPa表壓下，發(fā)Shell氣化(廢鍋流程)是一種氣流床加壓氣生部分氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為高有效氣體含量的粗合化工藝。氣化用的原料煤(粒度≤30 mm)由原成氣，夾帶著飛灰，自下而上從氣化爐頂排出。煤貯運(yùn)系統(tǒng)的皮帶式輸送機(jī)送人碎煤倉(cāng)中，經(jīng)過(guò)收稿日期: 2010-10-08破碎、磨煤及干燥過(guò)程后,由N2或CO2輸送進(jìn)入作者簡(jiǎn)介:劉江(1962-), 男，北京人，副總經(jīng)理,從事專業(yè)氣化爐噴嘴;而來(lái)自空分的氧氣，經(jīng)氧氣預(yù)熱器熱能動(dòng)力工程工作。第11期劉江等:煤制天然氣項(xiàng)目氣化技術(shù)選擇●9●氣化爐頂部的煤氣溫度約1600 C，由后部返回2.3 Lurgi 碎煤加壓氣化技術(shù)的冷煤氣混合激冷至900C左右進(jìn)人廢鍋回收熱Lurgi氣化屬于固定床碎煤加壓氣化工藝。該量。Shell 氣化爐氣化工藝如圖2所示。工藝采用的原料粒度為5~50 mm,氣化劑采用水蒸汽與純氧;原料煤從氣化爐上部加入，在爐內(nèi)從上至下依次經(jīng)過(guò)干燥、干餾、半焦氣化、殘焦燃十高壓蒸汽燒、灰渣排出等物理化學(xué)過(guò)程。氣化溫度為700~1 100 C，氣化壓力為3.0~4.0 MPa。Lurgji碎煤加T壓氣化爐如圖4所示。中壓蒸汽煳料煤、合成氣爐渣圖2 Shell氣化爐工藝旋轉(zhuǎn)爐篦氣化劑2.2 GSP 氣化技術(shù)GSP氣化是一種氣流床加壓氣化工藝。該工藝排灰鎖斗首先將原料煤(原料以煤為例)進(jìn)行破碎、磨煤灰資和干燥，干燥后的煤粉用高壓N2 (高于氣化壓力約1 MPa)或CO2 (做甲醇時(shí)用CO2)輸送到氣化圖4 Lurgi 氣化爐工藝爐頂部的燒嘴，煤粉與氧氣和蒸汽在氣化爐內(nèi)瞬間(≈10s)完成反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1 400~1 600 C,3不同氣化工藝主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比氣化壓力通常為2.5~4.0 MPal);反應(yīng)后的氣體進(jìn)3.1爐參數(shù)和粗合成 氣成分人反應(yīng)室下部的激冷室進(jìn)行激冷,液態(tài)渣也流人比較三種氣化工藝主要參數(shù)和所產(chǎn)粗合成氣.激冷室凝固,通過(guò)灰鎖排入渣池。GSP 氣化爐工成分如表1所示。藝如圖3所示。表1三種氣化工藝主要 參數(shù)和所產(chǎn)粗合成氣成分干煤粉| 純氧項(xiàng)目Shell 氣化GSP氣化Lurgi氣化參數(shù):?氣化壓力MPa4.23-4.0低壓蒸汽氣化溫度/C 1 300-1 7001 350-1 750 700-1 100純氧純氧+水蒸汽純氧+水蒸汽出口合成氣170220溫度/C粗合成氣摩爾合成氣去下游分?jǐn)?shù)/%55-5665-~7516-28灰水處理H235-~3620-2838-40CO27~7.54~-527-32↓爐渣CH4+C2 .7~120.8~1.10.8-1.10.5~2圖3 GSP 氣化爐工藝化學(xué)工業(yè)●10.CHEMICAL INDUSTRY2010年第28卷三種氣化技術(shù)中，由于Lurgi氣化技術(shù)的氣化量、廢水排放量及廢水的處理難度有較大區(qū)別,溫度比較低，溫度范圍控制在700~1 100 C之間,有必要進(jìn)行對(duì)比分析。因此其合成氣中CH,摩爾分?jǐn)?shù)能到7%~12%，遠(yuǎn)由于Shell氣化為干法氣流床氣化，而且選擇高于Shell及GSP氣化技術(shù)的0.05%。粗合成氣中廢鍋流程，因此在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水最少。較高的CH4含量能夠有效控制后續(xù)裝置的規(guī)模及GSP氣化技術(shù)采用水激冷流程,氣化爐產(chǎn)生的廢水相關(guān)工藝過(guò)程消耗,有利于降低煤制天然氣項(xiàng)目略多于Shell氣化爐。在三種氣化技術(shù)中，Lurgi 氣工程造價(jià)及運(yùn)行成本?；に嚠a(chǎn)生的廢水量最多。據(jù)測(cè)算,同等規(guī)模氣此外, Lurgi 氣化爐內(nèi)存在干餾區(qū),溫度不到化工程,Lurgi氣化工藝產(chǎn)生的廢水量約為Shell1 000 C。干餾部分會(huì)產(chǎn)生焦油和輕油，需設(shè)洗滌氣化工藝和GSP氣化工藝的10倍左右。此外,裝置進(jìn)行分離。為了得到好的分離效果,需盡量Lurgi爐廢水中含有高濃度的揮發(fā)性酚、多元酚、降低粗合成氣的溫度。一般送出界區(qū)的溫度約為氨氮等組分，無(wú)法直接進(jìn)污水處理裝置，需要先40C,而Shell和GSP氣化爐的出口合成氣溫度相進(jìn)行酚、氨回收。經(jīng)回收后的排放污水中COD。、對(duì)較高，分別為170C與220 C。煤制天然氣下BODs、酚、氨氮、油等各類污染物質(zhì)濃度仍很游變換溫度約為260 C,因此Lurgi氣化爐相比于高,僅靠生化處理無(wú)法達(dá)標(biāo)排放,還需要增加物Shell和GSP氣化爐需要補(bǔ)充更多的能量來(lái)滿足變化處理的手段。因此在環(huán)保指標(biāo)上, Lurgi 氣化爐換的要求。處于劣勢(shì)。另外，從氣化技術(shù)與煤制天然氣項(xiàng)目的流程3.4經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匹配性來(lái)看，GSP 煤氣化技術(shù)采用水冷壁和冷激、顯然，對(duì)于相同規(guī)模的煤制天然氣的項(xiàng)目,洗滌除塵流程; Shell煤氣化首先用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)由于選用不同氣化工藝，氣化爐投資存在較大差異。電，追求更高的熱效率，因此采用廢熱鍋爐回收但由于不同氣化工藝產(chǎn)生的粗合成氣品質(zhì)差異,煤氣余熱。對(duì)于煤制天然氣項(xiàng)目,為調(diào)整合成氣造成后續(xù)的工藝裝置的投資差異也很大。采用不中C/H比，合成氣中大量的CO需進(jìn)行水煤氣變同氣化技術(shù)煤制天然氣工程造價(jià)見圖5。圖5給換。由于不同氣化技術(shù)的工藝流程不同，GSP與出了20億m/a規(guī)模煤制天然氣工程造價(jià)。Lurgi氣化島出口合成氣含大量水蒸汽,完全滿足140CO變換所需，在變換環(huán)節(jié)不再需要新增加水蒸120汽。由于Shell氣化島出口合成氣含水蒸汽量低,100需要外加水蒸汽以滿足反應(yīng)需求，這部分水蒸汽日80i 60取自廢鍋。離40+3.2副產(chǎn)物0t不同的氣化方式產(chǎn)生的副產(chǎn)品存在差異。ShellShellLurgi氣化爐和CSP氣化爐的主要副產(chǎn)品為硫磺，而口污水處理;■熱電站;口甲烷化;口凈化;■空分:日氣化Lurgi氣化由于采用固定床的氣化方式，伴生大量圖5采用不同氣化技 術(shù)煤制天然氣工程造價(jià)焦油、粗輕油、粗酚等副產(chǎn)品。若以20億m/a煤制天然氣項(xiàng)目為例，焦油等副產(chǎn)品的產(chǎn)量為總從圖5可知，對(duì)于同規(guī)模的煤制天然氣工藝投煤量(以收到基計(jì))的3.5%，初步估算其副產(chǎn)系統(tǒng)，采用廢鍋流程的Shell氣化爐總造價(jià)最高,品焦油、粗輕油、粗酚總產(chǎn)量,約為22萬(wàn)Vao其次為GSP氣化工藝，Lurgi 氣化工藝總投資最如果不考慮同等規(guī)模煤制天然氣由于選用不同技少。對(duì)于Shell氣化技術(shù)，配備的空分設(shè)備、下游術(shù)造成的投煤量差異,按市場(chǎng)價(jià)格估算20億m/a的凈化設(shè)備和甲烷化設(shè)備的容量和投資較高，但的煤制天然氣項(xiàng)目副產(chǎn)品價(jià)值，Lurgi 氣化技術(shù)的動(dòng)力島(或熱電站)和污水處理設(shè)備的投資較低。副產(chǎn)品較其余兩種氣化技術(shù)多至少5億元/a的經(jīng)對(duì)于CSP氣化工藝，氣化爐的投資低于Shell 氣濟(jì)價(jià)值。化爐，但空分設(shè)備、凈化設(shè)備與甲烷化設(shè)備的規(guī)3.3環(huán)保指標(biāo)模及投資與Shell氣化工藝相當(dāng)。對(duì)于Lurgi氣化對(duì)于煤制天然氣項(xiàng)目，三種氣化技術(shù)的耗水(下轉(zhuǎn)第14頁(yè))化學(xué)工業(yè)CHEMICAL INDUSTRY2010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 I 240 kt annally and with oversupply risk.Keywords: n-butanol; octanol; market demand analysis; prediction(上接第10頁(yè))技術(shù)，對(duì)煤的粒徑以及煤的熱穩(wěn)定性有一-定要求,(2)除硫磺外, Lurgi 氣化技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量焦某些熱穩(wěn)定性差的煤種可能需要在氣化爐前增加油、粗輕油、粗酚等副產(chǎn)品，如果能充分利用副煤成型的裝置，但總投資在三種工藝中最低。由產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將會(huì)大大提高煤制天然氣項(xiàng)目的于Lurgi氣化技術(shù)的氧耗比較低，因此配備的空分經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)容量相對(duì)較小，造價(jià)在三者中最低。此外，(3)從環(huán)保指標(biāo)來(lái)看, Shell 氣化工藝與GSPLurgi氣化技術(shù)由于甲烷化裝置中較小的處理氣量氣化工藝有較好的環(huán)保指標(biāo)，Lurgi 氣化廢水量而使甲烷化裝置投資優(yōu)于Shell氣化工藝與GSP大，而且處理困難，廢水處理實(shí)施難度大。氣化工藝，但其熱電站投資及污水處理投資均較(4)比較三種氣化工藝的經(jīng)濟(jì)性, Lurgi 氣化Shell氣化和CSP氣化工藝要高。投資最低，其次為GSP氣化工藝，Shell 氣化工藝除設(shè)備造價(jià)外，運(yùn)行維護(hù)也是影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)投資最高。但由于Lurgi氣化爐單臺(tái)投煤量小，對(duì)效益的重要方面。由于Lurgi氣化爐單臺(tái)投煤量于大型的煤制天然氣項(xiàng)目需要?dú)饣癄t的臺(tái)數(shù)多,小，對(duì)于大型煤制天然氣項(xiàng)目來(lái)說(shuō)需要的氣化應(yīng)從全項(xiàng)目周期考慮其經(jīng)濟(jì)性。爐臺(tái)數(shù)較多，也應(yīng)該從全項(xiàng)目周期來(lái)考慮其經(jīng)參考文獻(xiàn):濟(jì)性。[1]熊志建，鄧蜀平，蔣云峰，等.煤制天然氣產(chǎn)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)4結(jié)論評(píng)估及對(duì)策研究[J].河南化工, 2010, (4): 21.(1) Lurgi 碎煤加壓氣化工藝粗合成氣成分中[2]楊春生.煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景分析[J].中外能源，CH,含量最高，對(duì)煤制天然氣項(xiàng)目中占有一定優(yōu)2010，(7): 36.勢(shì)，但Shell氣化工藝和CSP氣化工藝粗合成氣[3]崔意華，袁善錄. CSP加壓氣流床氣化技術(shù)工藝分析溫度和壓力更有利于下游CO變換進(jìn)行。[J].煤炭轉(zhuǎn)換, 2008, (1); 94.The Analysis of Gaification Technology in Coal Based SNG ProjectLIU Jiang, SU Feng-ming, LING Feng(China Power Complete Equipment Co., LTD, Beiig 10010 China)Abstract: In this paper, the important performance 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 gasifcation technologies are compared. The data and results can be taken as a reference for the selection of gasificationtechnologies in coal based SNG.Keywords: coal based SNG plant; gasification; technical economical comparison