【全析】大唐克旗40亿立方煤制气项目

【全析】大唐克旗40亿立方煤制气项目■大唐克旗40亿立方/年煤制天然气示范项目【1】项目介绍大唐克旗煤制天然气项目是我国首个煤制天然气示范项目，该项目位于内蒙古赤峰市克什克腾旗。总投资257.1亿元，建设规模为年产40亿立方米，分三个系列连续滚动建设，每系列13.3亿立方米。一系列装置于2013年12月18日投运成功，二、三系列将分别于2014年和2016年建成投产。届时，该项目所产40亿立方米天然气将通过配套输气管线途经赤峰市、锡林郭勒盟、承德市，在北京市密云县古北口站经中石油输气管路并入北京天然气管网，线路全长430千米。2007年大唐国际委托化学工业第二设计院，完成项目可行性研究报告；2009年8月20日大唐克旗40亿m3/a煤制天然气项目获得国家发改委核准；2009年8月30日项目正式开工建设。该项目分三个系列连续滚动建设，每个系列均为13.3亿立方米。项目主要建设内容包括碎煤加压气化炉48台，低温甲醇洗装置6套，甲烷合成装置6套。2010年4月7日气化界区气化炉、废热锅炉全部吊装就位；2010年8月11日净化界区最重的二氧化碳吸收塔吊装就位，项目建设大件吊装工作顺利完成；2010年12月4日动力区1#、2#机组相继冲转定速成功，为项目建设提供了稳定的电力、蒸汽保障；2011年6月10日甲烷化界区破土动工，项目各界区全面开工建设；2011年8月26日218#气化炉首炉点火一次成功，拉开了项目投料试车的序幕；2011年11月28日空分装置成功产出合格氧氮气，标志着项目进入了整体试运阶段；2012年5月18日世界首台4.0兆帕操作压力的碎煤加压气化炉切氧成功，产出合格粗煤气；2012年6月15日气化、净化装置投料联动试车一次成功，产出合格净化气，项目调试投产；2012年7月28日10时26分甲烷化装置一次试车成功，产出合格天然气，克旗煤制天然气一期工程工艺流程实现全线贯通；2013年12月18日项目一系列装置投运成功，正式并入管网，正式向中石油北京段天然气管线输送清洁的煤制天然气产品。二、三系列将分别于2014年和2016年陆续建成投产，项目全部建成投产后达到40亿立方米的生产规模。大唐克旗煤制天然气示范项目的最大特点是以劣质褐煤作为原料，为世界首例，这为我国大规模开发利用褐煤找到了现实的新途径。同时在项目成立之初就组织技术人员和行业专家成立了设计优化、工艺技术创新机构，对酚氨冋收等进行了技术改进，对甲烷合成、污水处理等进行了技术攻关。在实施过程中注重技术创新，污水处理、甲烷化两个项目被列入国家863攻关项目。【2】项目总流程大唐克旗项目流程图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。【3】技术选择及来源煤气化本项目采用的锡林浩特高水分褐煤的收到基水分34.1%，低位热值14.4MJ/kg,灰熔点1200—1250℃，气化生成的煤气加工成1200万m3/d合成天然气。大唐国际克旗煤制天然气项目选用了Lurgi碎煤固定床干法排灰压力气化。Lurgi煤气化生产煤气中按热值分布，焦油约占煤总热值的10%，甲烷热值约占煤气总热值30%。H2、CO约占60%。采用Lurgi煤气化工艺合成天然气，比Shell、GSP煤气化工艺的CO变换、低温甲醇洗净化装置、甲烷化装置的处理明显减少，消耗、投资降低。粗煤气变换由于粗煤气中含硫、含焦油等杂质，选用了耐硫耐油催化剂进行CO变换，使煤气中H2/CO体积比达到3.1—3.3。煤气净化低温甲醇洗净化可以在同一装置内全部干净地脱除各种有害成分，诸如CO2、H2S、COS、C4H10S、HCN、NH3、H2O、C2以上烃类（包括轻油、芳香烃、石脑油、烯烃及胶质物等）以及其他化合物等。另外，碎煤加压气化原料气压力较高，气体中C02、H2S分压相对较高,所以本身就有利于发挥低温甲醇洗物理吸收的特性。低温甲醇洗在同一装置中实现了多种杂质的脱除，相对于其他净化方法的多种净化工艺组合而言，工序相对单一、合理，便于操作管理。低温甲醇洗与NHD净化工艺相比由于装置在低温下操作，需用低温材料，因此投资较高。但由于NHD的吸收台旨力较低温甲醇洗低，溶剂循环量大,用电消耗大，加之NHD溶剂较贵，总体操作费用较高。总体而言，低温甲醇洗综合运行的经济性优于NHD净化工艺。鉴于碎煤加压气化复杂的气体杂质，基于低温甲醇洗净化可以一次性综合脱除各种杂质的独特优势，无疑碎煤加压气化配套低温甲醇洗是最合理的组合。因此，该项目煤气净化选用了低温甲醇洗。制冷工艺低温甲醇洗装置所需40℃级冷量为8586x106kcal/h(35.9TJ/h),0℃级冷量13.92x106kcal/h(58.2GJ/h)。干燥装置所需40℃级冷量为13.86xl06kcal/h(58.0GJ/h)。该项目煤气化、变换、甲烷化装置大量低位废热或副产的低压蒸气，没有可利用的用户，故采用双级吸收制冷工艺。甲烷化技术甲烷化技术是鲁奇公司、南非沙索公司工程师在20世纪70年代开始两个半工业化实验厂上进行试验证明了煤气进行甲烷化可制取合格的合成天然气。CO转化率可达100%，C02转化率可达98%，甲烷可达95%，低热值达8500kcal/m3(35.5GJ/m3)。项目甲烷合成技术选用了鲁奇公司甲烷化技术。硫回收技术硫回收方法根据工艺流程选择和当地产品销路情况，产品可以是硫磺或硫酸。克劳斯硫回收工艺是一种成熟的工艺，而且工艺种类繁多，主要有传统克劳斯工艺、超级克劳斯、带有SCOT尾气处理工艺的克劳斯工艺；以及属于生物脱硫技术的Shell-paques工艺。该项目硫回收采用Claus-SCOT工艺。空分内压缩流程和外压缩流程的共同点都是采用低压空气压缩、空气预冷、分子筛空气净化、深冷分离。不网点是内压缩流程采用空气增压机和液轼泵获得高压氧气；外压缩流程采用氧压机获得高压氧气。从投资上看，两种流程相接近，内压缩流程稍低一些。此外，使用液氧泵的内压缩流程比使用外压机的外压缩流程操作、管理更为方便，维修工作量少，占地也少。因此，本项目采用液氧泵内压缩流程。干燥工艺由于本项目低温甲醇洗需冷量，有一套40℃级的制冷装置，故干燥采用冷却法。【4】产品方案利用胜利煤褐煤作为原料和燃料，生产40亿m3/a（1200万m3/d）煤制天然气，石脑油10万t/a，焦油51万t/a，硫磺12万t/a，粗酚5.76万t/a，液氨5.25万t/a。原料本项目原、燃料煤均采用锡林浩特胜利煤田的胜利煤5号原煤。由火车运输，将原料煤输送至厂区内。原煤煤质属低硫、低灰和高挥发分的褐煤。锡林浩特胜利煤田地处锡林浩特市西北，所产原煤为晚侏罗一内垩纪褐煤，地质贮罱224亿t，大唐国际具有开采权的胜利东二号煤矿地质储量近66亿t，一期规划年产3000万t级（投产初期年产1000万t级）的露天煤矿，未来规划最终规模达到年产6000万t级。原料用煤量为1423.84万t/a，燃料用煤量402.144万t/a，合计用煤量1825.984万t/a。产品方案主产品为天然气，副产品有：石脑油、焦油、粗酚、氨、硫磺等；天然气质量指标