浅析煤制天然气项目气化工艺选择

李仕超

（浙能集团新疆准东能源化工有限公司，新疆奇台 831800）

煤化工

浅析煤制天然气项目气化工艺选择

李仕超

（浙能集团新疆准东能源化工有限公司，新疆奇台 831800）

介绍了新疆准东煤田将军庙矿区煤种的煤质情况，针对准东煤种高水含量、特低硫、高挥发分和低灰熔点，以及可磨性好等特点，对各种煤气化工艺进行了对比，探讨了煤制天然气项目煤气化工艺选择方案。

煤制天然气；粉煤气化；熔渣气化；GSP气化；水煤浆气化

1 概述

我国是一个“缺油、少气、富煤”的国家，煤炭是我国最主要的化石能源资源。发展新型煤化工正在成为我国能源建设的重要任务，建设煤化工产业，生产煤基清洁燃料，是当前和未来几十年我国能源建设的重要需求，符合我国“富煤、缺油、少气”资源状况的国情。

煤炭既是重要的一次能源，也是重要的化工原料。利用先进的煤气化技术，将煤转化为合成气，生产天然气，不仅可以提高煤的利用率，同时还可以大量降低二氧化硫和二氧化碳排放量，改善环境，维护生态平衡，增强人民身体健康。

准东煤田西黑山矿区煤层变质程度较低，主要是不粘煤，具有特低灰～低中灰、中高全水分－高全水分、中高挥发分、特低硫、特低磷～低磷、低－高融灰分、低含油、特高热值等特征。是良好的动力用煤，也可作为气化、液化和炼油用煤，具备大力发展煤炭资源转化的资源基础。

2 准东煤田煤质情况

选择不同煤气化工艺，后序单元工艺方案将有较大差异，煤制天然气项目采用新疆准东矿区煤，根据煤种资料，全水分17.45%，空干基水分10.90%，低位发热量21.38 MJ／kg（ar），灰熔点（DT）1040℃，（ST）1090℃，（FT）1130℃。属于水分含量高，氧含量中等，较难成浆性煤种。其灰分含量中等、固定碳含量中等、发热量较低，该煤样灰熔点低，可磨性很好，硫含量低。属于变质程度较低的煤。

3 煤制天然气各种工艺路线对比

根据准东煤田煤质情况，选择有代表性的水煤浆、GSP、Shell、Lurgi碎煤加压气化与BGL五种大型煤气化技术进行工艺路线的比选。煤气化技术的选择直接关系到全厂各装置或工序的投资、消耗，最终影响产品成本。为选择最佳工艺路线，将上述五种工艺路线从全流程进行综合比选。

五种煤气化技术的技术经济比较，详见下表。（该表中水煤浆气化以国产多元料浆为代表，产品规模为40亿m3（标）／a煤制天然气）。

表1 五种气化技术装置对比表

表2 五种气化技术装置产品及消耗对比表

表3 五种气化技术装置投资及收益对比表

4 综述

综合以上比较，分析如下：

1）五种气化技术项目总投资最高的是Shell，其次是水煤浆，GSP，Lurgi和BGL相近，BGL最低；单位完全成本最高、内部回收率最低的是Shell，其次是水煤浆，GSP，Lurgi和BGL相近，BGL最低。

2）Shell煤气工艺是一种大型化的洁净煤气化工艺，尽管Shell煤种适应性广气化效率高，单炉能力大，粗合成气中有效气（CO＋H2）浓度高，煤气化工艺操作费用较低，但总体投资高，综合技术经济效益低，暂不推荐该技术。

3）水煤浆气化技术国内有多套该类生产装置，具有非常丰富的工业化经验，技术成熟度高。但是由于原料煤成浆性较差，需增加原料煤的热解处理，增加了投资和原料消耗，总体经济效益不理想。同时热解产生含酚、含氨难以处理的废水。因煤种原因采用水煤浆技术没有太大优势。

4）准东煤田的煤挥发份较高，化学活性好、灰熔点低（FT：1 130℃），特别适合熔渣床气化技术；相反，较低的灰熔点，特别是灰熔温度范围窄（DT：1040℃、ST：1090℃、FT：1130℃），灰从变形温度DT到最终流动温度FT仅相差90℃，固态排渣炉氧化区的操作温度必须控制得很低，为维持较低的氧化区温度，必须加入大量的蒸汽来压温，导致污水处理量大，更适合熔渣炉工艺。

5）结合项目的原料特点、投资及总体经济效益和项目规模来看，GSP气化技术和熔渣炉BGL更适合煤制气项目，各有其优缺点。

（1）BGL工艺的优点：粗煤气中含有部分甲烷，减少了后续流程的负荷和投资。与Lurgi炉相比较大地提高了气化率和气化强度，蒸汽使用量减少到Lurgi炉消耗量的10%～15%，蒸汽分解率超过90%，排放废水是碎Lurgi炉的1／6。同时在生产主产品SNG的同时，副产高附加值的酚、焦油等副产品，经济效益最好[1]。

（2）BGL工艺缺点：本煤种需要增加原料煤成型装置，使得流程复杂。排放污水量虽然与Lurgi炉相比减少了，但是污水中污染物浓度更高，处理难度更大，环保问题仍然存在。对于考虑污水不得外排，要求污水尽可能回用，需要对污水进行减量化和零排放的技术措施。由于污水没有外排渠道，一旦污水处理运行没有达到预定目标，则需要足够大的事故水储存容积，同时返回循环水等其它装置回用的水质不能得到保证则会影响到整个装置的运行。此外，若使用BGL工艺还存在两个不确定因素。一是原料煤直接成型后的热稳定等指标能否满足BGL气化技术所需要的指标（即成型前是否需要其他预处理）需要经过成型试验后才能确定，如果不能满足，则需增加原煤热解，投资成本会增加很多，效益也会显著下降。二是项目焦油等副产品在该地区的市场销售问题。

a）BGL技术可靠性分析：BGL技术在内蒙古金星化工项目和中煤图克项目上均实现了长周期运行。

b）GSP工艺优点：以粉煤为原料，煤种适应性强，技术指标优越，设备寿命长，装置大型化，气化炉台数少，操作方便维护量小，连续运行周期长，在线率高，污水排放量小，污水处理简单，投资低，节能环保；由于煤的灰熔点较低，GSP气化的操作温度较低，煤耗和氧耗相对较低[2]。

c）GSP工艺缺点：由于其气化温度较高，合成气中甲烷含量低，后续流程的负荷较大，氧气耗量较BGL技术多，空分投资较高，总投资比BGL技术稍高。由于没有副产焦油等副产品，项目经济效益比BGL技术低一些。

d）GSP工艺技术可靠性分析：GSP工艺是Shell和水煤浆气化技术的融合，在神华宁煤煤制烯烃项目上实现了长周期运行。

综上所述，BGL气化技术和GSP气化技术各有优势，考虑到目前日趋严格的环境保护要求，特别是处于新疆地区，对环保要求非常严格，在资源开发过程当中，要最大限度地保护环境，一切对生态环境造成破坏，乃至影响可持续发展的项目，利润再大，新疆都应说“不”！在进行气化工艺选择时应进行煤种试烧，综合判断才能有更全面的把握。

[1]汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用[J].化学工业，2011，29（7）：34～39.

[2]齐景丽，孔繁荣.几种煤气化技术的先进性与适用性分析[J].化工设计通讯，2012，（5）：15～19.

The choice of gasification process in SNG project

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

This paper introduced coal quality of coal in jiang jun miao area of xin jiang Zhun dong coal has the character of high water，special low sulphur，high volatile points，Low ash melting point and a good grindability.the paper pointed out the option of gasification in SNG project by comparing kinds of coal gasification process based the characters.

sng；entrained flow gasification；slag gasification；GSP gasification；slurry gasification

TQ113.29

B

1003-6490（2015）03-0037-03

2015－06－10

李仕超（1981－），男，四川宜宾人，工程师，天津大学工程硕士，浙能集团新疆准东能源化工有限公司工艺技术部副主任。