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发展煤制天然气工艺与经济性评价摘要:本文描述了以褐煤为原料制取高效清洁的代用天然气的技术路线及其关键技术之一加压气化,甲烷化技术为例,分析了大唐公司煤制气项目,通过上述分析可看出,在我国积极稳步推进煤制天然气发展有深远的意义。关键词:天然气(SNG)BGL气化CRL甲烷化积极稳步发展1前言2013年12月18日,大唐内蒙古煤制天然气示范项目一系列13.3亿/年装置投运,正式向中石油北京段天然气管线输气。2013年12月28日庆华新疆伊犁一期13.75亿/年煤制气装置正式向中石油伊霍支线供气,标志着煤制气示范项目进入商业化(1)。以年均增加天然气消费200亿立方米计算,假设现有建设和生产项目顺利实现,2015年中国天然气供需缺口约为90亿立方米。巨大的天然气缺口为煤制气的发展提供了市场空间,此外煤价持续下跌,国内天然气持续涨价,低成本高产出的价格差也为煤制气提供了盈利空间;加之雾霾天气的持续影响。而‘煤制气’既能让煤炭清洁化利用,又能营利,自然刺激了疲软的煤炭市场,因此无论是企业还是国家层面上马煤制气的热情很高。本文以大唐能化公司的煤制天然气(SNG)项目为例,首先对总工艺流程进行了简要描述,并对其中主要工艺中加压气化,甲烷化技术进行了介绍。最后对煤制SNG对经济性进行了分析。2工艺简介煤制SNG技术是利用内蒙地区褐煤等劣质煤炭,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(SNG)。本文所研究项目的工艺流程如图1所示: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及其热回收后后送入变换单元。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。粗合成气经经过甲醇洗单元脱硫和脱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。○1粗煤气○2变换气○3洁净合成气○4天然气○5氧气图1煤制SNG总工艺流程示意图3BGL气化炉本项目采用的是BGL气化工艺,是世界上最成熟的气化技术之一,具有煤种适应性强,建厂最多,运行时间最长投资小的优点,因此为项目的成功运行奠定了坚实的基础。BGL(BritishGasLugri)是英国气体研究和技术公司针对在德国移动床鲁奇炉的基础上,在鲁奇公司的帮忙下开发的新一代移动床加压气化技术。该炉将高温熔渣气化与加压固定床气化的技术结合在一起,上部还是Lurgi固定床区域,下部增加了一个高温熔渣区,克服固定床气化技术的一些缺点,提高了气化强度、降低了氧耗、提高了气化效率。同时在BGL块(碎)煤熔渣气化炉技术在鲁齐炉内壁设计基础上加入耐火砖衬,形成简单的水夹套保护层,在炉下部沿周向装置了一组喷嘴,将混合氧气/水蒸气高压喷入炉内,形成炉内局部高温,较鲁奇炉大幅度提高了气化率、成倍提高了气化强度、同时将蒸汽使用量减少到鲁奇炉消耗量的10~15%,蒸汽分解率超过90%,故煤气中水分大幅度减少,黑水的排除较固体排渣减少了很多(2)。4CRG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:催化剂已经过工业化验证,拥有美国大平原等很多业绩。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。5经济性分析(1)原(燃)料:一个标准的40亿方的煤制气项目,每年消耗的动力煤和原料煤合计超过2100万吨。因此煤炭是决定盈利的主要因素。而且主要推动煤制气的地区,例如蒙东和新疆,都拥有廉价的煤炭资源。尤其是低价的褐煤资源是取得盈利的关键保障,例如新疆的低质褐煤价格仅为100多元(3500kcal),远比优质的动力煤价格低。因此煤制气能获得盈利大多来自于廉价煤炭。(2)副产品价格:鲁奇技术路线的煤制气最大的特点是拥有较多的下游副产品,其副产品的利润折合煤制气产品价值的18%,因此具有一定的经济竞争力,这些产品包括:焦油、中油,石脑油、粗酚,硫磺、硫铵等。在90-100美元的油价下,40亿方的标准煤制气中,副产品大约能贡献0.4元/方的天然气成本下降。我们测算,40亿方的煤制气,其煤炭成本为140元/吨(3500kcal的褐煤,不含税价格),原料及其燃料用煤按照2100万/吨和所占投资比例40%进行估算可得,其完全成本为1.84元/方,如果考虑副产品折合下来为0.4元/方,其完全成本将降低到1.44元/方。按大唐公司与中石油的购销协议:初期结算价格2.75元(含13%增值税),再按照西气东输二线全网1.08元/方的管网输送价格,同时加上国家对煤制天然气的价格补贴0.2元/方,则40亿方的煤制气项目的完全盈利可能超过亿17.2亿/年。总之,在我国发展煤制SNG,各项气化技术已有较广泛的应用和发展,如碎煤加压气化、多元料浆气化技术等技术。甲烷化反应及其催化剂已经成功研发并应用。为此,扎实稳步地在中国推进利用丰富的煤炭资源发展煤制天然气SNG,作为补充天然气资源,缓解国内天然气供求的矛盾,提高煤炭资源的利用价值发展区域经济等方面都有积极的影响。作者王凯涛陕西富平人邮箱地址wangkaitao412@163.com6:参考文献1:我国首个煤制天然气示范项目——煤制天然气二期将完.中化网2:汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用.化学工业.2011(07)3:严蓓娜,李博.战略看多煤制气.2011(10)
本文标题:煤制天然气的工艺流程与经济性
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