煤制天然气工艺技术研究

李引强

辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司

煤制天然气工艺技术研究

李引强

辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司

随着我国对煤制天然气发展扶持力度的提升，煤制天然气发展获得了长足发展，在中西部地区煤制天然气产业逐渐开发并完善。本文从煤制天然气项目以及煤制天然气发展实际入手，分析煤制天然气主要技术，一步煤制天然气技术与二步煤制天然气技术，阐述多种甲烷化技术在煤制天然气工艺技术上的应用，并提出一些发展建议和意见。

煤；天然气；技术

我国缺油、少气、富煤的能源结构使得煤炭的高效、节能、综合利用已成为我国能源利用发展的趋势，我国能源供应“以我为主、以煤为主”在相当长的一段时间内不会改变。随着石油、天然气资源的日渐短缺，煤炭的重要性逐渐提升，但由于煤炭的自然属性，常规煤炭转化技术的资源、环境负荷大，且对运输能力要求高。为满足能源需求、促进节能减排，发展煤制天然气是煤炭清洁利用的必然选择。

1 我国煤制天然气技术发展现状

1.1 煤制天然气技术发展

从世界范围来看，煤制天然气技术主要分为两种：二步法工艺和一步法工艺。二步法工艺是以劣质煤为原料生产合成气，合成气经过净化和转化后，在催化剂的作用下发生甲烷化反应，生产热值符合规定的代用天然气，比较常见的有BGL和鲁奇技术。煤制天然气二步法技术可以使用含水份较多的褐煤为原料，价格便宜而且甲烷化工艺效果好、废水、废料少，具有投资少回报率高等特征。二步法的关键是甲烷化技术与甲烷化催化剂，目前较为成熟的技术是鲁奇工艺，鲁奇工艺使用时间较早，在半商业运营过程实现了工业化验证，而甲烷化催化剂目前进人商业运营的主要来源于英国、德国和丹麦三个国家；一步法煤制天然气是煤直接合成甲烷从而得到天然气。目前一步法煤制天然气技术又称为蓝气技术，目前主要应用于少数发达国家，一步法煤制天然气通过优化催化反应，实现煤、蒸汽在单一反应器内合成天然气，进一步简化了工艺流程和设施设备，实现了高转化率，高产出的效果，既降低了投资成本与固定投人，又在废水、废气处理方面提供了更好的解决方式，目前，我国已经开始探索一步法煤制天然气应用，并在具体项目中开始实施蓝气技术。

1.2 我国煤制天然气发展现状

我国煤制天然气发展研究开始于上个世纪八十年代，相关的科研单位通过煤气甲烷化研究成功进行了煤制天然气实验，但是目前自主煤制天然气应用规模较小，技术应用还不能满足大型煤制天然气项目对工艺流程的要求，我国煤制天然气发展应用的工艺大多采用国外的二步法工艺，一步法工艺依然处于开始阶段，尚未实现大规模推广。我国煤制天然气项目采用二步法工艺已经取得了非常显著的成效，在二步法技术研究和工艺流程优化方面逐渐探索出新方法、新工艺，提高了煤制天然气生产效率。但是，我国煤制天然气在核心工艺和技术方面还尚未取得重大突破，在废水处理、甲烷化催化剂、管道建设方面还存在技术性问题，需要加快处理碎煤加压气化废水中含酚废水处理、高温高压蒸汽二次利用问题、甲烷催化剂国产化问题，以及管道建设并网发展、天然气议价权等进展。

2 制天然气工艺技术要点

2.1 加压移动床(固定床)气化

固态排渣鲁奇炉在国内外应用较广泛。优点为原料适应性较好，单炉生产能力较大，气化压力较高，合成气氢碳比适中，气化煤时，可得到焦油、中油、轻油、粗酚氨等副产品；其缺点是煤气化产生废水量大并且处理难度大，合成气质量较差(含1096左右甲烷)。

2.2 流化床气化炉工艺

(1)ICC灰容聚气化炉。此气化炉于2001年累计运行8000h以上，所得煤气满足合成氨生产需要。

(2)其他流化床气化技术。由我国自主研发并建示范厂的有，江苏大学开发成功的FM1.6－Ⅰ型气化炉，1998年郑州建成首个示范煤气站，两台炉产气50000Nm3/d，向居民小区提供燃料气；由上海申江化肥成套设备有限公司与宁夏吴忠富荣化肥工业有限公司联合开发的载热体常压循环流化床粉煤气化技术，于2000年进行了煤气产量为3000Nm3/h的工业性试验，2002年8月达到连续运行。

2.3 以水资源为纲合理规划

因地制宜，合理规划，科学论证水资源和环境承受能力的合理性；煤制天然气过程中要消耗大量的水资源，目前，我国煤制天然气项目大部分集中在内蒙古、新疆等西部煤炭资源丰富、水资源贫乏地区，发展煤制天然气会对当地本来就很脆弱的生态环境产生较大的负面影响。因此，严重缺水地区必须在水约束的刚性前提下谋划煤制天然气发展。从国家能源战略安全和技术储备的角度出发，在充分考虑环境和水资源承载能力的基础上，利用相对丰富的低品质煤炭资源，适度发展煤制天然气是必要的。随着我国新环保法的即将实施，国家对煤制天然气发展的政策已表现出对环境问题的担忧，已逐步转向谨慎支持煤制天然气的发展，譬如苏新能源和伊犁新天煤制天然气环评批示中明确提出水资源和环境容量等问题要求进一步论证，因此发展煤制天然气必须合理规划、科学论证、量水而行。

2.4 碎煤加压气化技术

通过对煤气废水的处理可获得重芳烃、多元烃、轻烃、粗酚、氨等副产品，提高企业整体经济效益。蒸汽与氧气混合作为气化剂由气化炉底部通人，原料煤从气化炉上部加人，气体在气化炉内由下至上依次通过灰层、燃烧区、气化区、干馏区与干燥区，最终从炉子顶部排出。干馏区温度为600一800℃，从原料煤中干馏出的重芳烃、酚、氨等组分进人粗煤气，粗煤气在后续工段冷却后，这些组分进人煤气水中，煤气水经过煤气水分离、酚氨回收装置的处理，能够回收重芳烃、多元烃和酚、氨作为副产品。

我国煤制天然气工艺技术发展与国外发达国家相比还有一定差距，在二步法煤制天然气技术应用和研究上较为广泛，一步法煤制天然气技术应用条件还不太成熟。煤制天然气的发展符合我国能源结构煤炭数量多、天然气缺口大的特征，同时煤制天然气还具有污染少，经济社会效益高等特征具有广泛的市场应用前景，随着我国煤制天然气技术在甲烷化、催化剂、工艺流程简化方面的研究发展，未来煤制天然气会进一步发展壮大。

[1]李积强，等.煤制天然气工艺的研究与应用[J].企业技术开发，2012，11：169－171.

[2]张香芬.煤制天然气工艺的研究[J].科技资讯，2012，28：96+100.