两种煤制天然气工艺的比较

两种煤制天然气工艺的比较（精选6篇）

篇1：两种煤制天然气工艺的比较

两种煤制天然气工艺的比较

从反应原理、工艺流程、工业化应用情况等方面,分别介绍了托普索及大连化物所煤制天然气工艺,并对两种工艺技术做了简要的`分析和对比.

作 者：安丽飞  作者单位：中海油新能源投资有限责任公司,北京,100016 刊 名：河南化工 英文刊名：HENAN CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)： 27(10) 分类号：U473.2+1 关键词：煤制天然气   工艺   对比  

篇2：两种煤制天然气工艺的比较

1. 我国煤制天然气的项目现状

目前, 我国的煤制天然气工艺通常以“二步法”为主, 指的是以煤作为制天然气的主要原料, 通过气化而生产出合成气, 再经过变换反应对甲醇的洗脱除酸性以及H/C进行调整。使甲烷化在催化剂作用下发生反应, 从而生产出天然气, 最后将生产出的天然气在进行压缩以及干燥后输送到天然气管道。一般情况下, 煤制天然气的流程配置内容主要包括甲烷化配置、净化装置、气化装置、硫回收配置、空分装置以及环保设施等。从以上装置以及煤制天然气技术来看, 我国煤制天然气工艺技术呈现出相当程度的成熟性, 主要表现为甲烷的含量高, 且应用范围广泛。但是, 该工艺技术制天然气需要设备繁多, 投资高, 耗费大量的物力及财力, 不利于我国煤制天然气市场的长远发展。因此, 近几年我国逐渐采取和应用德国碎煤加压气化煤技术 (MK4、MK+) 工艺技术对天然气进行生产。并在很大程度上, 给我国煤制天然气工艺技术以及系列配置带来有利的影响。

2. MK4气化技术与MK+气化技术概况

MK4气化技术指的是碎煤加压固定床气化技术, 该技术的使用使粗煤气中的甲烷含量可高达8%至12%, 在煤制天然气的工艺上具有其自身独特的优势[2]。同时, 该技术早被我国大唐阜新、大唐克旗、新疆庆华以及美国等多个煤制天然气项目采用。然而, 在MK4气化技术长期的使用中发现, MK4气化技术所使用的单炉炉型的处理能力相对较小。若使其处理能力提升, 则对气化炉数量的需求则大大增加。例如, 一年生产50亿m3煤制天然气, 则至少需要57台气化炉。

为解决MK4气化技术中气化炉需求量大这一问题, MK+气化技术通过提升气化压力及增加气化炉的直径等方法来提高单炉的生产处理能力, 且有效的达到了减少气化炉数量和气化装置以及降低煤制天然气投资的目的。同时, MK+气化技术通过增加床层高度, 使粗煤气中甲烷量提升至20%, 煤制天然气的生产能力提升1倍, 煤气的水产量有所减少, 有效的降低污水的处理成本和负荷量[3]。

3. MK+气化技术与MK4气化技术工艺对比

3.1 MK4与MK+气化技术工艺的效果对比

MK+气化技术煤制天然气的工艺与MK4相比, 在对MK+气化技术进行运用后, 煤制天然气的主要建设部分与工艺流程均不会产生很大变化, 但是由于MK+气化技术的应用, 使得气化压力得到提高, 单炉的处理能力也得到增强。同时, MK+气化技术方案运用于煤制天然气的过程当中, 在大幅度的减少全厂的装置套数的同时, 也减少了厂内的设备数量。从而, 在很大程度上对项目的建设以及建设后的管理与运营均起到了相当大的作用, 且带来可观的利益。

MK+气化技术的运用, 使粗煤气中的甲烷含量得以增加, 有效的降低了甲烷的合成配置的负荷, 也降低了氢气含量。但是, 由于需要变换气量减少, 并未使得变换配置的负荷有所增大。同时, 单炉内气压压力的身高则有益于甲烷气体对CO2、H2S等多种酸性气体进行吸收, 使净化气体的程度得到提高, 溶剂甲醛用量减少。另外, 压力升高在利于甲烷进行合成反应时, 高效的使煤制天然气得到转化, 且需合成甲烷总量与甲烷化的催化剂剂量均得到减少。相比MK4气化技术, MK+气化技术的运用使得煤制天然气的动力消耗量减少, 甲烷压力得以提高, 管道的运输压缩比例得以降低, 且压缩功明显降低。

3.2 MK4与MK+气化技术工艺的方案及配置对比

MK4与MK+气化技术工艺的方案及配置对比, 具体如表1。

3.3 MK4与MK+气化技术工艺的煤、燃及原料与公共工程对比

按照目前MK+与MK4气化技术运用的情况来看, 气化压力的升高及单炉的处理能力增强, 使得MK+气化技术工艺指标得到改进。致使煤制天然气的原煤燃料消耗大量降低, 且每年降低2%至3%[4]。同时, 由于气化配置耗氧量降低, 空分配置规模有所缩小, 为了使工艺系统压力得到提升, 氧气压力则需按照求升高。而MK+气化技术在此方面弥补了MK4气化技术的不足, 有效的提高了石脑油以及轻油的产量, 降低了焦油的产量, 在很大程度上提高了轻油经济价值。另外, 从煤制天然气气化技术的公用工程来看, 项目配套的公用工程消耗减少, 且变化幅度微小。从煤制天然气气化技术的总体成本分析, MK+气化技术较MK4气化技术在原、煤燃料以及公用工程的消耗变化上, 有效地降低了该项目生产成本, 有利于我国天然气市场的发展。

4. MK4气化技术与MK+气化技术操作注意事项

由于MK+与MK4气化技术的炉型均为单炉, 因此, 两种碎煤加压气化煤制天然气的注意事项基本相同, 其具体的注意事项如下:第一, 在蒸汽升温状态下, 应注意升温的速度, 将其保持在3-5℃, 并注意暖管在升温时管道的形变, 例如管道漏泄。第二, 空气点火中, 应先将蒸汽退却, 再通空气, 并于3min后将蒸汽通入, 同时控制好适度比例, 以防止灭火和气化层的温度升高。在点火未成功时, 应及时将空气切断, 并寻找点活不成原因, 找不出原因后再次点火。第三, 切断氧气过程中, 应逐渐增添氧气流量, 且先加蒸汽后加氧气。同时控制适度汽氧比, 调整炉篦的转速, 防止沟流及结疤现象。

同时, 还需注意的是气炉加压的压力应维持在0.4 MPa, 加压速度低于0.05Mpa/min, 若压力至1.0Mpa及2.0Mpa时需对气化炉的各法兰接连处予以热紧, 使得压力与总管压力保持平衡。在并网时, 单炉粗煤气进入总管前, 应将粗煤气从热火炬系统中切出, 使粗煤气在单炉的压力大于总管的压力时进入总管系统, 并观察其余运行炉压力的变化, 做好与后续净化车间的联系。

5. 结论及建议

本文对比分析的两种煤制天然气方法是我国实现煤炭的清洁利用有效途径, 是转化我国高灰熔点、高灰以及高水等特点的煤炭原料的优先选择。同时, 也是我国提升该项目工艺技术的主要通道。经初步对比分析, 结果表明, MK+气化技术工艺在多个方面均比MK4气化技术工艺更具有优越性, MK+气化技术是提升天然气市场竞争力的有利条件, 有利于我国天然气市场的可持续发展。

摘要：本文主要在MK4气化技术与MK+气化技术项目现状的基础上, 对两种碎煤加压气化 (MK4气化技术、MK+气化技术) 煤制天然气的工艺进行对比。从煤制天然气的流程配置内容主要包括的甲烷化配置、净化装置、气化装置、硫回收配置、空分装置以及环保设施等多方面进行分析, 从两种碎煤加压气化煤制天然气工艺的效果性、工艺方案以及工艺的煤、燃及原料与公共工程进行对比, 进而选择更优越的煤制天然气工艺技术。同时, 从我国的天然气市场的实际情况出发, 全方位多角度的分析煤制天然气采用两种碎煤加压气化煤制天然气时的操作注意事项, 及积极提出的有效建议。本文最后部分, 就经以上各项装置进行对比结果进行总结, 结果表明:MK气化技术应用于煤制天然气在我国具更有优越性, 并且在很大程度上不仅提升了我国煤制天然气项目的经济效益及社会效益, 也促进了我国天然气市场的有效发展, 对我国有限资源的无限利用有着良好的促进和推动作用。于此, 笔者建议我国煤制天然气应多采用MK+气化技术。

关键词：碎煤加压气化煤,煤制天然气,工艺,对比分析

参考文献

[1]曹峰, 李建峰, 沈志强.碎煤加压气化炉特点和操作注意事项[J].中国石油化工标准与质量, 2012, 33 (11) :239-241.

[2]吴丽娟, 张亮, 王建宇.碎煤加压气化炉废水处理工艺的选择[J].西部大开发, 2012, 52 (07) :57-61.

[3]陈家仁.煤制天然气项目中气化工艺的选择[J].中国煤炭技术、信息交流会“十二五”产业发展研讨会, 2012, 50-53.

篇3：浅谈煤制天然气的工艺流程

【关键词】煤炭资源；煤制气；工艺技术；发展前景

1.我国煤制气发展前景

煤制气项目是以煤炭为主要原料生产化工和能源产品，传统煤化工主要包括合成氨、甲醇、焦炭和电石四种产品，现代煤制气是指替代石油或石油化工的产品，目前主要包括煤制油、煤制烯烃、二甲醚、煤制天然气等。煤制气是非石油路线生产替代石油产品的一个有效途径。从有关资料看，煤制气的能源转化效率较高，比用煤生产甲醇等其他产品高约13%，比直接液化高约8%，比间接液化项目高约18%。

煤制气前景看好，相对于传统煤化工已经日益明显的“夕阳”特征，而在材料和燃料两个新型煤化工发展方向上，煤质烯烃和煤质乙二醇等煤基材料的发展前景要好于煤制油等新型煤基清洁能源的煤基燃料方向。

2.煤制天然气概述

煤制天然气是以煤为原料，采用气化、净化和甲烷化技术制取的合成天然气。天然气（natural gas）又称油田气、石油气、石油伴生气。开采石油时，只有气体称为天然气；石油和石油气，这个石油气称为油田气或称石油伴生气。天然气的化学组成及其理化特性因地而异，主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。无硫化氢时为无色无臭易燃易爆气体，密度多在0.6～0.8g/cm3，比空气轻。通常将含甲烷高于90%的称为干气，含甲烷低于90%的称为湿气。天然气是一种优质、清洁能源，煤制天然气的耗水量在煤化工行业中是相对较少，而转化效率又相对较高，因此，与耗水量较大的煤制油相比具有明显的优势。此外，煤制天然气过程中利用的水中不存在有无污染物质，对环境的影响也较小。

3.煤制天然气工艺流程

煤制SNG可以高效清洁地利用我国较为丰富的煤炭资源，尤其是劣质煤炭；还可利用生物质资源，拓展生物质的利用形式，来生产国内能源短缺的天然气，然后并入现有的天然气长输管网；再利用已有的天然气管道和NGCC电厂，在冬天供暖期间，将生产的代用天然气供给工业和用作为燃料用于供暖；在夏天用电高峰时，部分代用天然气用于发电；在非高峰时期，可以转变为LNG以作战略储备；从而省去了新建燃煤电厂或改建IGCC电厂的投资和建立铁路等基础设施的费用，并保证了天然气供应的渠道和实现了CO2的减排。由此可见，煤制SNG是一举数得的有效措施，有望成为未来劣质煤炭资源和生物质资源等综合利用的发展方向。本文以某厂煤制SNG项目为例，首先对总工艺流程进行了简要描述，并对其中甲烷化技术进行了介绍。其次对流程进行了模拟计算，得出客观可靠数据。最后对煤制SNG在节能减排方面的优势进行了分析。

3.1工艺简介

煤制SNG技术是利用褐煤等劣质煤炭，通过煤气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、高甲烷化工艺来生产代用天然气。本文所研究项目的工艺流程如图1所示，其中气化采用BGL技术，并配有空分装置和硫回收装置。主要流程为：原煤经过备煤单元处理后，经煤锁送入气化炉。蒸汽和来自空分的氧气作为气化剂从气化炉下部喷入。在气化炉内煤和气化剂逆流接触，煤经过干燥、干馏和气化、氧化后，生成粗合成气。粗合成气的主要组成为氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化氢、油和高级烃，粗合成气经急冷和洗涤后送入变换单元。

粗合成气经过部分变换和工艺废热回收后进入酸性气体脱除单元。粗合成气经酸性气体脱除单元脱除硫化氢和二氧化碳及其它杂质后送入甲烷化单元。在甲烷化单元内，原料气经预热后送入硫保护反应器，脱硫后依次进入后续甲烷化反应器进行甲烷化反应，得到合格的天然气产品，再经压缩干燥后送入天然气管网。

图1 煤制SNG总工艺流程示意图

3.2甲烷化技术

煤制SNG工艺流程中主要包括煤气化、变换、酸性气体脱除、甲烷化等工艺技术，其中高甲烷化技术为关键技术之一。

3.2.1托普索甲烷化技术

丹麦托普索公司开发甲烷化技术可以追溯至20世纪 70年代后期，该工艺已经在半商业规模的不同装置中得到证明，在真实工业状态下生产200m3/h～3000m3/h的SNG。在TREMPTM工艺中，反应在绝热条件下进行。反应产生的热量导致了很高的升，通过循环来控制第一甲烷化反应器的度。TREMPTM工艺一般有三个反应器，第二和第三绝热反应器可用一个沸水反应器（BWR）代替，虽投资较高，但能够解决空间有限问题。另外，在有些情况下，采用四个绝热反应器是一种优化选择，而在有些条件下，使用一个喷射器代替循环压缩机。除了核心技术外，因为生产甲烷的过程要放出大量的热量，如何利用和回收甲烷化热量是这项技术的关键。托普索工艺可以将这些热量再次利用，在生产天然气的同时，产出高压过热蒸汽。

3.2.2 Davy甲烷化技术

20世纪90年代末期，Davy工艺技术公司获得了将CRG技术对外转让许可的专有权，并进一步开发了 CRG技术和最新版催化剂。Davy甲烷化工艺技术除具有托普索TREMPTM工艺可产出高压过热蒸汽和高品质天然气特点外，还具有如下特点：催化剂具有变换功能，合成气不需要调节H/C比，转化率高。催化剂使用范围很宽，在230℃～700℃范围内都具有很高且稳定的活性。

3.2.3鲁奇甲烷化技术

鲁奇甲烷化技术首先由鲁奇公司、南非沙索公司在20世纪70年代开始在两个半工业化实验厂进行试验，证明了煤气进行甲烷化可制取合格的天然气，其中CO转化率可达100%，CO2转化率可达98%，产品甲烷含量可达95%，低热值达8500kcal/Nm3，完全满足生产天然气的需求。

4.总结

煤制气项目对工业快速发展具有一定的必要性；对于人们生活质量的提高也具有重要的意义。特别是煤制天然气项目，它具有广阔的发展空间和光明的发展前景。从技术上说：煤制气技术中，KBR制氨技术效率高而且环保，在煤制天然气技术上我国也有所突破。随着市场油价的增长，煤制天然气发展空间很大，同时国家政策又给予有利的鞭策及支持，这使煤制气更“健康而茁壮成长”例如：2010年6月，国家发改委发布《关于规范煤制天然气产业发展有关事项的通知》，进一步加强对煤制天然气产业的规范和引导，促进煤制天然气行业健康发展。所以发展煤化工的煤制气项目具有发展前景。

【参考文献】

[1]钱伯章，朱建芳.煤化工发展中的前景与问题[J].西部煤化工，2008，（2）

[2]王永炜.中国煤炭资源分布现状和远景预测[J].煤，2007，（05）.

[3]刘志光，龚华俊，余黎明.我国煤制天然气发展的探讨[J].煤化 工，2009，14（2）：1-5.

[4]晏双华，双建永，胡四斌.煤制合成天然气工艺中甲烷化合成技术[J].化肥设计，2010，（02）.

篇4：煤制天然气工艺的研究与应用

1 我国煤制气的发展前景

所谓煤制气产品, 主要是以煤炭为生产原料的生产化工成分和能源产品。以往的煤制品一般以甲醇、氨、焦炭、电石等成分为主, 而现今的煤制品包括能够代替石油等化工能源的重要产品。现今的煤制品一般是指天然气、二甲醚、煤制烯烃等煤制品能够有效通过煤炭来缓解其他能源结构的缺失, 对于石油产品的使用来讲有着重要价值。简单来讲, 煤制品拥有很好的能源转化效率, 并且充当能源时还能够增加产品的转化率, 对于液化产品来讲尤其具有更好的效果。目前来看, 煤制品的发展是十分可观的, 相比于传统的煤化工产品具有明显的优势。而且在原料和燃料两个化工方向上, 煤制产品都能够拥有更加优良的发展空间和发展角度。

2 煤制天然气的概述

对于煤制天然气来讲, 其主要成分是通过气化、净化以及甲烷化技术合成的。在石油开采中, 只有其中的气体才能够被称为天然气。在不同的地理位置中, 天然气各组分也有很大的不同。一般是以甲烷、乙烷、丁烷等烷烃为主, 还含有少量的有毒气体等成分。一般把甲烷成分高于百分之九十的天然气称为干气, 低于百分之九十的天然气称为湿气。相对于其他能源来讲, 天然气无疑具有更加清洁的优势, 在使用过程中排出的废气较少。而煤制天然气则具有更高的使用价值, 其比普通天然气来讲拥有更好的转化效果, 并且消耗的能源较少。而且, 煤制天然气制造的过程中产生的环境污染也可以通过火炬燃烧和水处理环节进行可靠的避免。

3 煤制天然气的工艺流程

在煤制天然气的发展当中, 我们可以发现煤制天然气能够很好的起到清洁煤炭资源的效果, 特别是其中的劣质煤炭。而且还能够通过对生物资源的利用, 进行拓展生产, 产出更多的天然气, 结合一般的天然气进行使用, 通过天然气管道进行转换, 将生产过程中产生的天然气用到日常供暖中去。煤制天然气还能够对环境保护起到很好的效果, 保证了天然气的正常使用, 减少了二氧化碳的排放。所以, 我们大致可以看出, 煤制天然气是未来能源结构发展的重要方向, 下面主要通过对煤制天然气生产进行简单分析, 对其中部分流程进行模拟, 得到生产数据, 然后根据实验步骤对煤制天然气节能优缺点进行探究。

3.1 工艺简介

在煤制天然气的生产过程中, 主要通过对煤炭的处理, 进行煤气化、一氧化碳和氢气的变换工作, 然后再对其中的杂质气体进行排除, 提高天然气中甲烷的含量。总的来讲, 煤制天然气的主要生产步骤有:将原煤放到煤单元进行处理, 通过输煤皮带和煤仓等设备通入到气化炉中, 采用蒸汽和氧气来充当气化成分进行处理。气化炉中的原煤和气化剂之间相互接触, 在一系列物理和化学变化后进行粗合成气的生成。之后就可以得到一氧化碳、二氧化碳、甲烷等物质结合的气体成分, 然后再将这部分气体通到煤气单元中进行进一步处理。

粗合成气在经过气体变换后, 就可以通过酸性气体去除单位。粗合成气的酸性气体进行杂质气体的去除。在甲烷单位中。我们可以通过某些设备进行脱硫反应, 再将甲烷结合形成天然气成分, 就可以得到煤制天然气。

3.2 煤制天然气工艺技术

在煤制天然气的生产当中, 涉及到的工艺技术是十分复杂的。工艺生产主要通过煤气化、变换冷却、甲烷化等工艺工作实现煤制天然气的生产, 甲烷化技术是其中不可忽视的重要组成部分。在上世纪七十年代的煤制天然气生产中, 我们可以找到大量托普索甲烷化技术的应用, 这种工艺在以往的煤制天然气生产中起到重要作用, 尤其是在煤气反应的热量循环中, 我们大致可以发现某些设备工艺成本较高, 但是能够在一定程度上缓解空间狭小的问题。此外, 我们还能够通过这项技术对甲烷化中产生的热量进行回收, 再次进行利用, 满足天然气生产的具体需求。

4 结语

在煤制产品的生产当中, 煤制天然气的生产对社会经济发展具有至关重要的作用, 并且具有很大的发展潜力。在煤制天然气的生产当中, 无疑是十分环保的, 而且在使用过程中也能够大量降低环境污染, 受到国家政策的大力支持。近年我国在煤制天然气的生产当中进行了进一步引导和规范, 带动了煤制天然气工艺生产的规范化进行, 对以后煤制天然气的生产发展有促进作用。

参考文献

[1]李茂华, 杨博, 鹿毅, 刘玉梅.煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展[J].工业催化, 2014, 01:10-24.

[2]李安学, 李春启, 左玉帮, 梅长松, 余铭程, 寇志胜, 刘学武, 汤俊丽.合成气甲烷化工艺技术研究进展[J].化工进展, 2015, 11:3898-3905.

[3]马慧敏.煤制天然气工艺技术研究[J].化工管理, 2016, 03:34.

篇5：两种煤制天然气工艺的比较

1酸性气脱除工艺

目前,酸性气脱除有干法和湿法工艺。干法工艺净化度较高,但是由于吸收剂特性所限,处理量较小、操作成本较高。而煤制气装置为大型项目,处理的原料气量大,干法工艺不能满足大气量的要求。湿法工艺有化学吸收、物理吸收和物理化学混合吸收等工艺。氨法、MEA、 MDEA、TEA、DEA等的化学吸收工艺中的溶剂再生,需消耗大量的热,成本高、处理气量小, 不利于规模化生产。物理吸收工艺是最有效且经济的酸性气脱除工艺,尤其是在高压和低温条件下。国内外煤气化装置中采用的酸性气脱出工艺中,低温甲醇洗和NHD法作为同时脱除硫化物和CO2酸性气体的技术应用较为普遍。

NHD法又称聚乙二醇二甲醚工艺,采用多组分配方溶剂,类似于美国的Selexol工艺,由我国南化公司开发。该工艺在常温下操作,溶剂无毒,饱和蒸汽压低,溶剂损失小,再生热耗低。粗煤气经NHD脱硫、脱碳后,CO2体积分数小于0.2%,总硫小于5 μL/L。

低温甲醇洗工艺以工业甲醇为吸收剂。该方法利用甲醇在低温下选择性脱除气体中的H2S、 CO2、COS酸性组分和各种有机硫化物、NH3、 C2H2、HCN、烃类、石脑油等,能达到很高的净化度, 气体的总硫可脱至0.1 μL/L,CO2脱至小于20 μL/L[1]。NHD和低温甲醇洗工艺技术特点对比见表1。

通过表1可以看出,低温甲醇洗与NHD净化工艺相比,吸收能力高、溶剂循环量小,溶剂再生能耗低;可以在同一装置中实现多种杂质的脱除,减少后续工艺工程和能耗;传质传热效果好,可以更合理地配置换热网络,使装置内能量利用更为有效。低温甲醇洗工艺也存在一些不足, 甲醇对人体具有毒性,对操作和维修的要求更加严格;工艺在低温下运行,需要制冷装置外供冷量。但其综合运行的经济性和节能效果很好,且工艺技术成熟,在工业上具有很好的应用业绩。

甲醇是一种极性有机溶剂,不同组分在其中的溶解度有很大差异,其中H2S、COS、CO2在甲醇中的溶解度要远远大于其它几种气体在甲醇中的溶解度,低温甲醇洗工艺正是依据这些物质在甲醇中溶解度的差异来实现气体分离。表2为-40 ℃(233 K)时各种气体在甲醇对H2和CO2中的相对溶解度。

从运行经验来看,低温甲醇洗工艺具有如下特点:可以同时脱除H2S、COS、CO2,以及HCN、NH3等杂质;甲醇溶剂吸收H2S、COS、 CO2的能力远强于诸如NMP(Purisol)或水这类溶剂;甲醇对酸性气组分有高的选择性,对于硫化物和CO2的脱除有更高的分离精度;在低温和高压下酸性气在甲醇溶液中有更高的溶解性,甲醇更适合于在低温下操作;在低温下甲醇溶剂有较好的热稳定性和化学稳定性而不会降解,有较低的腐蚀性和粘度,不发泡,而且价格低廉,能耗指标低,容易进行萃取等。

目前,低温甲醇洗工艺国外有鲁奇和林德工艺两种流程,国内有大连理工大学工艺,各有特点,广泛应用于煤化工项目,且通过不断的优化和设备改进,使整个流程效率更高,能量利用更充分、合理。

此外,低温甲醇洗脱除后的CO2纯度可以达到96% 以上,纯度较高,可以考虑直接利用, 例如CO2气体返炉代替部分水蒸气进行气化反应,以减少污水处理量;或者CO2作为煤锁充压气等。

2制冷工艺

低温甲醇洗一般需要-40 ℃的冷量,一般的制冷工艺很难满足要求。选用投资省、运行安全、 消耗低的制冷方式对降低系统的生产成本、装置安全、稳定、连续运行具有重要意义。目前工业上常用制冷方法有氨吸收制冷、氨或丙烯压缩制冷和氨(吸收—压缩)混合制冷工艺。

2.1氨吸收制冷与氨压缩制冷比较

吸收制冷通常采用的制冷介质为氨。氨吸收制冷工艺是以氨为制冷剂,水为吸收剂,利用水对氨有良好吸收效果的特性,将氨冷凝器中蒸发出来的气氨吸收,形成氨水溶液;再根据氨和水在加压条件下沸点差较大的特点,将氨水溶液通过加压精馏的方法获得99.98% 的气氨;气氨被冷凝成液氨;液氨送到氨冷凝器蒸发提供冷量循环利用。

压缩制冷工艺是技术成熟、应用范围广泛的制冷工艺技术。压缩机将从蒸发器来的低压氨或丙烯气体进行压缩,变成高温、中压气体后,进入冷凝器,受到水或空气的冷却而凝结成液体; 在蒸发器中吸收热量,使被冷却介质温度降低, 制冷剂则由液态变为气态,重返压缩机,再进行下一个循环[2]。以100 MW冷量需要,比较氨吸收和压缩制冷工艺见表3。

吸收制冷需要大量的蒸汽和循环水,制冷效率较低,压缩制冷效率要高于吸收制冷;在同等条件下,吸收制冷是压缩制冷能耗的1.5倍左右,因此选择压缩制冷在降低能耗方面更合理。 已运行的项目显示,氨压缩制冷比吸收制冷稳定性好、技术成熟、制冷量大、占地面积小。但吸收制冷比压缩制冷运行费用低,易操作,调节弹性大。另外,如果全厂工艺流程中副产大量低位热能或低压蒸汽,有较大的富余量而没有合适用途,副产低压蒸汽可以作为吸收制冷的热源。

2.2氨压缩制冷与丙烯压缩制冷比较

氨是具有强烈刺激性气味的有毒物质,溶解后为强碱性,腐蚀性较强,而丙烯无毒、无腐蚀。丙烯作为制冷介质有其优越性。在相同条件下,以某煤制气装置所需14 480 k W冷量,比较氨和丙烯压缩制冷的技术经济,示于表4。

从表4及运行经验来看,相同制冷能力的丙烯压缩机比氨压缩机整体消耗高。但丙烯制冷比氨制冷可提供更低温度的冷量,而且丙烯压缩机的一次性投资比氨压缩机低。在同样的蒸发温度-40 ℃下,氨的进口压力为-0.03 MPa,由于制冷系统制冷剂为闭式循环,对于氨压缩机系统长期运行在负压状态,空气可能进入制冷系统造成制冷效率降低,丙烯的进口压力为0.04 MPa, 压缩机进口为正压状态,设计选型比较方便。

在煤制天然气工厂中,气化、变换、甲烷合成等装置有大量低位热能副产低压蒸汽,且高温热能经过几次利用后,其温度逐渐降低,不能满足工艺上作为热源的需求,如果直接排放到环境中会造成很大的能源浪费。经热能平衡,除工艺装置所需低压蒸汽外,余下的低压蒸汽可满足吸收制冷所需蒸汽,有利于全厂低位热能的利用, 减少余热的损失,不足的部分可采用能耗较低的压缩制冷,也是提高能源利用率的一项重要措施。

3硫回收工艺

硫回收工段的主要任务是处理上游各装置排放的含H2S等硫化物的酸性尾气,回收其中的硫元素后,使最终尾气达标排放。国家对煤化工领域实行最严格的环保标准,总硫回收率必须满足相应要求使得尾气指标能达到环保标准。煤制气中的酸性气相较于其他化工装置有如下特点: H2S浓度较低;酸性气组分复杂;酸性气浓度波动大,对装置的操作弹性要求较高。针对煤化工装置特点,应选择适应低酸性气浓度、高弹性范围、可以处理复杂气体成分的硫回收工艺。

此外,煤制天然气项目多建在偏远地区,考虑工厂周边产品市场、储存及运输问题,湿法脱硫制取硫酸工艺不能满足要求。干法硫回收技术以克劳斯及其改进型工艺为主,由于受化学平衡的影响,即使三级转化的常规克劳斯工艺总硫回收率也只能达到98%,处理后的尾气不能满足环保排放要求。克劳斯加尾气处理工艺可以满足环保要求,也是目前处理酸性气体最有效的方法之一,典型工艺有SCOT、氨法脱硫工艺[3]。

SCOT工艺是将克劳斯工艺尾气中的SO2、 有机硫、单质硫等所有硫化物,经加氢还原转化为H2S后,用醇氨脱硫溶液将H2S吸收,H2S再循环到克劳斯装置再次进行转化处理。经此工序处理后,尾气残硫量低,排放指标能满足环保要求。

氨法工艺是将克劳斯段尾气中的硫或硫化物通过焚烧变成SO2,再用氨水作为吸收剂吸收SO2,变成硫酸铵,从而使尾气达标排放。

SCOT和氨法两种硫回收工艺技术经济比较见表5。

从表5可以看出,SCOT和氨法工艺均能满足环保排放标准的要求,而氨法工艺运行费用低、投资省。目前煤制气项目多选用固定床气化工艺。由于固定床对煤粒度的要求导致粉煤过剩, 因此多数项目配套建设电厂,且固定床气化温度较低,粗煤气中含有酚氨物质。酚氨回收工艺回收氨水送往电厂进行氨法脱硫,不需要外购或只需要采购少量氨水即可进行脱硫,使工艺更优。 故目前硫回收从工艺成熟度方面宜采用“克劳斯+ 氨法”脱硫工艺。

此外,随着经济社会的发展和人们环保意识的增强,尤其是我国新环保法的实施,对硫回收率的标准要求也在不断提高。因此研究者围绕提高硫回收率、减少含硫化合物的排放量,对硫回收工艺进行了大量改进,并且也开发出了一系列新工艺,如Clinsulf-SDP工艺、LO-CAT硫回收及改进工艺、气体生物脱硫及硫回收等工艺。虽然硫回收改进工艺和新技术的工业实施案例不多,或处于研发阶段或处于示范阶段,但随着社会经济技术的发展和工业成功案例的增多,运行经验和工艺参数的积累,未来会有更多硫回收新工艺涌现供选择满足环保要求。并且国内科研机构要有针对性的与国外机构进行技术交流学习, 开发出适合我国国情的硫回收新工艺,从而提高我国硫回收技术整体水平。

4总结

如上论述,在目前煤制气项目净化技术的选择中,低温甲醇洗在能耗、运行成熟度上有一定的优势;根据项目制冷量和工厂设置选择吸收或者压缩制冷;从经济和环境社会效益角度考虑, 氨法尾气脱硫工艺目前比较成熟,但随着国家环保要求的提高和技术的发展,硫回收技术会有更多新的选择。

摘要：对煤制气项目净化装置包括辅助工艺(硫回收、制冷)的技术进行比较和分析,认为低温甲醇洗在能耗、运行成熟度上有一定优势,氨法尾气脱硫工艺比较成熟,各方面效益较好。

关键词：煤制天然气,气体净化,硫,回收,制冷

参考文献

[1]张飞跃.Linde与Lurgi低温甲醇洗工艺在煤制甲醇项目应用分析及存在问题解决[D].天津:天津大学,2012.

[2]赵国杰,肖敦峰,李雁.冷冻站优化设计及影响因素分析[J].化肥设计,2014,52(5):30-33.

篇6：两种煤制天然气工艺的比较

我国开展对煤制天然气工艺技术的研究, 是在一定的能源背景下展开的, 我国的能源结构是:煤多、气少、油缺。这种能源分布结构在一定程度上影响了经济发展对能源的利用手段, 而煤炭资源的大量使用, 也会对自然环境产生恶劣的影响。

煤制天然气工艺技术研究, 本质上是对煤气化转化技术的研究, 是将煤炭能源转化成一种新的清洁的天然气能源。这一工艺技术的优点就在于, 减少直接燃煤造成的污染、节约了运输成本、提高煤炭利用效率等。

煤制天然气工艺技术, 简单地说, 就是以煤炭为原料, 经过一系列的化学和物理反应过程, 在催化剂的作用下产生天然气的主要成分——甲烷。

煤制天然气的直接合成理论非常简单, 主要利用煤炭能源中的碳和氢, 但实际的转化工艺却十分复杂, 从现实角度来说是无法形成纯粹的甲烷气体 (CH4) 的, 因此煤制天然气本质上是得到了一种“富甲烷气体”, 即一种甲烷成分较高的混合型燃烧气体;总体来说, 煤制天然气技术属于是新型技术, 主要利用燃烧值比较低的褐煤作为材料, 其中催化剂工艺是转化的关键。

本文以下通过介绍煤制天然气项目的特征和工艺技术选择的原择, 结合对煤气化技术的分析, 为我国煤制天然气项目工艺技术的选择提供参考和依据。

1 煤制天然气项目发展的相关问题

从市场角度来说, 发展煤制天然气项目的主要原因来自于需求。一方面, 我国的工业现代化发展越来越快, 对于能源的多样性有诸多要求, 另一方面, 随着我国城镇化发展的步伐加快, 能源消耗的种类和比例也在变化。以普通居民对能源的需求, 以往以煤炭作为生活能源的方式, 逐渐被清洁、廉价和高效的天然气能源所代替, 这也是促进社会对天然气需求增长的主要原因。

考虑到我国天然气自然储量人均并不多, 供给不平衡等原因, 我国逐年放开了对天然气的进口力度, 2013年曾经达到对外依赖度的峰值, 全年进口天然气比例高达30%, 但这依然无法满足社会需要。

煤制天然气技术是当前最值得研究的能源技术之一, 它具有强大的生命力。煤制天然气项目的一般特点是:满足资源密集型、技术密集型、资金密集型, 这也就意味着, 一个煤制天然气项目, 首先要具有丰富的原煤资源作为后盾, 同时需要针对煤炭技术、自动化设备技术、煤气化技术等相应的工艺技术人才, 最后一项也是最关键的, 需要大量的资金作为支撑, 资金一旦无法紧密的供应, 整个项目的建设周期和效益周期就会延长。

2 煤制天然气项目工艺技术选择原则

要充分满足社会生产生活对天然气能源的需求, 就需要大产量的生产企业, 当前我国煤炭资源丰富的中西部地区, 已经出现了多个大型煤制天然气项目。而对于选择使用的工艺, 又要具体根据实际的生产情况才能够判定, 如煤质优劣、水资源、气候环境等, 不能一言蔽之。总体而言, 选择工艺技术有如下的原则:

首先, 所选用的工艺技术具有可靠性。所谓可靠性原则, 是指整个项目运行而言, 而非针对原煤供应。煤制天然气涉及的投资规模很大, 项目一旦开工就意味着将持续不断地运转下去, 以在最短的时间内得到投资回报, 所以, 大部分设备和机器的运行几乎是全天候的、满负荷的、长周期的, 要在这样一种状态下保持安全、稳定生产, 生产工艺必须可靠、稳定, 否则一旦出现问题就会影响整个企业的生产, 在维修方面耗时过长。

其次, 所选用的工艺技术具有先进性。先进性原则是在任何一种工艺技术中都存在的属性, 技术的先进性包括在两方面上, 第一是生产工艺技术带来的节能高效优势, 这样可以以最少的代价, 来获取最大的收益;第二是生产设备的先进性, 设备的先进性可以延长生命周期, 在正常运转的状态下, 单位时间的工作效率更高。

再次, 所选用的工艺技术具有适应性。所谓的适应性, 主要是指与煤炭资源, 即煤质的适应性。一般来说, 煤制天然气项目都会选择建在煤炭资源较为丰富的区域, 但不同区域的煤质是不同的, 在保持煤炭供应稳定的同时, 必须对地下煤炭资源的成分进行研究, 不同的煤质, 也要采用不同的技术。事实上, 煤气化工艺的发展一直都是建立在煤质调查的基础上的, 也就是说, 先确定煤质, 再确定工艺技术。

第四, 所选用的工艺技术具有匹配性。煤气化的过程不是一蹴而就的, 需要多种设备之间的关联生产, 因此所使用的技术必须能够匹配所有设备产品。

3 煤气化工艺技术选择

煤制天然气项目对煤气化工艺技术的选择, 总结起来因素主要包括:煤质、环境、设备等方面, 就煤气化工艺技术本身而言, 主要有三种, 分别是固定床气化、流化床气化和气流床气化。

下面分别介绍其特点, 煤制天然气项目可以根据实际需要进行选择 (包括改进) 。

第一种, 固定床气化。固定床气化也被称之为移动床气化, 只是相对于煤炭添加方式不同而言的, 但统一的技术原理在于通过底部加入气化剂, 煤炭与气化剂逆流发生作用, 灰渣会从底部排出。

固定床气化也分为两种, 即常压固定床气化和加压固定床气化。

就国内而言, 常压固定床气化的生产规模不大, 如果用于大型煤制天然气项目, 一方面产能不高, 另一方面还会造成管理上的混乱, 因此不建议使用这种工艺。

相对而言, 加压固定床气化更适合大规模的生产, 主要使用的装置是鲁奇炉, 国内最典型的技术为碎煤加压气化, 相对比较成熟。

第二种, 流化床气化。流化床气化的特点是, 将气化剂输入到气化反应炉内部之后, 颗粒细小的煤粉就处于流动状态, 简单地说, 气化剂会吹动煤炭颗粒在高温 (950-1100摄氏度) 下发生气化反应, 在完成能量转化之后, 灰渣自动从底部脱离;由于这种工艺可以充分发挥煤炭颗粒的预处理作用, 所以一些质量和燃烧值并不优秀的煤炭资源, 也可以作为原料。同时, 这种工艺方式还会减少粗煤气中焦油、酚类等有害物质的含量, 是一种非常理想的煤制天然气气化工艺, 也是目前世界范围内广泛研究的技术。

第三种, 气流床气化。就国内而言, 目前气流床气化的应用并不广泛。这种工艺技术以粉煤为原料, 按照输送载体的不同又可以分为“干法进料”和“湿法进料”两种;其工艺特点主要有煤种适应性强、气化温度高 (炉内反应区最高温度可达2000℃) 和气化效率高、气化强度大等特点;同时, 由于炉内反应温度高, 对气化反应炉的冷却方式也提出了较高的要求, 而且整个系统和操作也更为复杂。

尽管这种气流床气化技术的应用并不广泛, 但其优势却很明显, 它可以更彻底的对煤炭资源进行利用, 所生成的物质中, 焦油、芳香烃环化合物等污染物更少, 对环境的破坏程度小。从长远来开, 积极研究这一技术的应用, 对我国的大型煤制天然气项目发展具有重要意义。

摘要：随着中国经济的高速发展, 客观上对能源的利用形式提出了更多的要求, 例如:多元化、环保型、高效率等;积极地发展煤制天然气项目是具有战略意义的;本文分析和探讨了煤制天然气项目的特征和工艺技术选择的原择, 结合对煤气化技术的分析, 为我国煤制天然气项目工艺技术的选择提供参考和依据。

关键词：煤制天然气,煤气化工艺,天然气技术,能源多样性

参考文献

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[2]李瑶, 郑化安, 张生军, 付刚, 赵鹤翔, 李学强, 刘双泰.煤制合成天然气现状与发展[J].洁净煤技术, 2013, 06:62-66+96.

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