【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)東北老工業(yè)基地服務(wù)。 我國(guó)天然氣消費(fèi)量及預(yù)測(cè)05001000150020xx25002004年2005年2006年2007年2008年2009年2010年2020年時(shí)間消費(fèi)量：億立方米系列1 14 3 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案 生產(chǎn)規(guī)模和操作制度 生產(chǎn)規(guī)模 本項(xiàng)目設(shè) 煤氣化裝置四十五套、空分裝置、變換工序、低溫甲醇洗裝置、 甲烷化裝置各六套及硫回收、酚回收、氨回收裝置各三套。 表 31 各主要裝置生產(chǎn)能力 序號(hào) 裝置名稱 單臺(tái) （系列） 生產(chǎn)能力 系列數(shù) 備注 1 備煤 530t/h(入爐煤 ) 3 2 煤氣化 44000Nm3/h 45 40+5 3 CO變換、冷卻 218700Nm3/h 6 4 低溫甲醇洗 336500Nm3/h 6 5 甲烷化 220xx0Nm3/h 6 6 空分裝置 45000Nm3/h 6 透平驅(qū)動(dòng) 7 硫回收 3 8 酚回收 6 9 氨回收 3 操作 制度 本項(xiàng)目建成后每天運(yùn)行 24小時(shí)，年操作時(shí)間為 8000 小時(shí)，約 333 天 。 產(chǎn)品方案 表 32 產(chǎn)品方案 類別 項(xiàng)目 數(shù)量 單位 主產(chǎn)品 天然氣 400000 104 m3/a 副 產(chǎn) 品 焦油 51 104 t/a 石腦油 10 104 t/a 粗酚 6 104 t/a 硫磺 10 104 t/a 液氨 5 104 t/a 年操作時(shí)間 8000 小時(shí) 15 4 工藝技術(shù)方案 傳統(tǒng)的煤制天然氣工藝路線為煤氣化生產(chǎn)合成氣，合成氣經(jīng)過(guò)甲烷化反應(yīng)生成甲烷— 合成天然氣。這一傳統(tǒng)工藝技 術(shù)成熟，計(jì)算的熱效率為 %。 催化蒸汽氣化技術(shù)：是 EXXON公司在二十世紀(jì)七十年代開發(fā)的，用碳酸鉀（堿過(guò)渡金屬氧化物或堿土）作為催化劑，煤與水蒸汽反應(yīng)生產(chǎn)甲烷，計(jì)算熱效率達(dá)到 %。 氫氣化技術(shù) (hydrogasification)：這一技術(shù)的計(jì)算熱效率達(dá)到 %。 第一種通過(guò)煤氣化轉(zhuǎn)化天然氣技術(shù)是成熟的工業(yè)化技術(shù)，而后兩種煤轉(zhuǎn)化天然氣技術(shù)是在研究開發(fā)階段的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)在建和開展前期研究的煤制天然氣項(xiàng)目均采用第一種成熟的煤氣化、甲烷轉(zhuǎn)化過(guò)程的工藝技術(shù)。工藝流程如下圖： 圖 41 煤制 天然氣工藝流程 碎煤 蒸汽 氧氣 氣 化 爐 洗 滌 冷 卻 器 廢 熱 鍋 爐 低 溫 變 換 低 溫 甲 醇 洗 甲 醇 再 生 塔 甲 烷 化 反 應(yīng) 器 廢 熱 鍋 爐 脫 酸 塔 萃 取 塔 蒸 氨 塔 精 餾 塔 克 勞 斯 硫 回 收 氣 液 分 離 器 壓縮機(jī) 油 水 分 離 器 氣罐 焦油 石腦油 硫磺 粗 酚 液 氨 廢 水 處 理 16 空分裝置 空分裝置的作用是為煤氣化裝置提供所需的氧氣和以及公用工程所需的低壓氮?dú)?、儀表空氣 和工廠空氣。 本裝置原材料為空氣，由 六 套單系列制氧能力為 45,000Nm3/h的空分系統(tǒng)組成，以與煤氣化裝置相匹配，總的供氧能力為 270,000Nm3/h。 空分技術(shù)經(jīng)過(guò) 100余年的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已步入大型全低壓流程的階段，能耗不斷降低。大型全低壓空分裝置整個(gè)流程由空氣壓縮、空氣預(yù)冷、空氣凈化、空氣分離、產(chǎn)品輸送所組成，其特點(diǎn)是： （ 1）采用高效的兩級(jí)精餾制取高純度的 氧氣和氮?dú)猓? （ 2）采用增壓透平膨脹機(jī)，利用氣體膨脹的輸出功直接帶動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)以節(jié)省能耗，提高制冷量。 （ 3）熱交換器采用高效的鋁板翅式換熱器，使結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率高。 （ 4）采用分子篩凈化空氣，具有流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大延長(zhǎng)裝置的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期。 由于產(chǎn)品氧氣的用戶對(duì)氧氣的壓力有一定要求，純氧又是一種強(qiáng)氧化介質(zhì)，氧氣的增壓工藝常常成為研究的一個(gè)重點(diǎn)。 氧的增壓有兩種方式，即采用氧氣壓縮機(jī)和液氧泵，前者壓縮介質(zhì)為氣氧，在冷箱外壓縮；后者壓縮介質(zhì)為液氧，在冷箱內(nèi)壓縮。分別成為外增壓流程 和內(nèi)增壓流程。 最近制造廠又推出雙泵內(nèi)壓流程，即根據(jù)用戶對(duì)高壓氧氣、高壓氮?dú)獾囊?，分別用液氧泵、液氮泵在冷箱內(nèi)壓縮、氣化后輸出，其投資省、維修費(fèi)用低、安全可靠性高。 世界上大型空分設(shè)備制造廠比較著名的有德國(guó)林德公司（ Linde）、美國(guó)空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司（ APCI）、法國(guó)空氣液化公司（ Air Liquide）等。法液空的分子篩是立式雙層環(huán)形床結(jié)構(gòu)，其余兩家是臥式雙層扁平床。冷箱內(nèi)管道、容器材料一般都用鋁合金，法液空是用不銹鋼（板翅式換熱器除外）。各公司對(duì)精餾塔的研究大多數(shù)致力于其結(jié)構(gòu)、效率以及氣液流向等方 面，以減小塔徑，降低塔高。過(guò)去精餾塔板多采用篩板塔，現(xiàn)開發(fā)了金屬規(guī)整填料塔。 我國(guó)的空分制造廠與上述擁有世界一流技術(shù)的空分設(shè)備公司都建立了長(zhǎng)期的技術(shù)合作關(guān)系，通過(guò)消化吸收，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能合作制造大型空分設(shè)備。 工藝技術(shù)方案的比較和選擇 從能耗上看，相同制氧能力空分裝置，采用內(nèi)壓縮流程和外壓縮流程的實(shí)際功耗相 17 近。因?yàn)?，盡管內(nèi)增壓流程使用了增壓機(jī)來(lái)提供系統(tǒng)的部分制冷量，理論上要多消耗約3%的壓縮功；但是增壓機(jī)的效率比氧壓機(jī)高，氧壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行往往偏離其設(shè)計(jì)工況；兩者實(shí)際的功耗是很接近的。 從安 全方面分析，盡管外增壓流程的使用也比較普遍，氧氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平不斷提高；但是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，國(guó)內(nèi)用戶使用的氧壓機(jī) (包括進(jìn)口氧壓機(jī) )有多臺(tái)次發(fā)生過(guò)燃燒事故，而內(nèi)增壓流程從未出現(xiàn)過(guò)類似事故。 從投資上看，兩種流程相接近，內(nèi)增壓流程稍低一些。此外，使用液氧泵的內(nèi)增壓流程比使用氧壓機(jī)的外增壓流程操作、管理更為方便，維修工作量少，占地也少。因此，本研究推薦內(nèi)壓縮流程。 本項(xiàng)目的煤氣化裝置采用并聯(lián)運(yùn)行，為了便于煤氣化裝置的運(yùn)行和管理，并盡量節(jié)約投資，采用 6系列 45000Nm3/h空分裝置并聯(lián)運(yùn)行的方式。 工藝流程說(shuō)明 從大氣吸入的空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器濾去灰塵與雜質(zhì)后，入空氣壓縮機(jī)加壓至 （ A），然后進(jìn)入空氣冷卻塔。 空氣在空冷塔下段，被循環(huán)冷卻水逆流接觸而降溫。然后通過(guò)上段與經(jīng) 污氮及冷水機(jī)組 冷卻的冷凍水逆流接觸，降溫至 12℃ 入分子篩吸附器，清除空氣中的水份、二氧化碳和碳?xì)浠衔铩? 凈化空氣分成二股：一股直接進(jìn)入冷箱經(jīng)主換熱器被冷卻至接近露點(diǎn)，入精餾塔下塔進(jìn)行預(yù)分離，另一股導(dǎo)入空氣增壓機(jī)。從增壓機(jī)的中間級(jí)抽出一股空氣進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)行絕熱膨脹制冷，然后導(dǎo)入 下 塔，補(bǔ)充裝置運(yùn)行所需的冷量；其余的從增壓機(jī)的最終 級(jí)壓出，在 高壓換熱器 中與高壓液氧（一部分與高壓液氮）換熱而液化，然后節(jié)流降壓，節(jié)流后的氣體并入下塔，液體空氣直接導(dǎo)往上塔分離或一部分先入下塔預(yù)分離。 從主冷凝蒸發(fā)器抽出液氧，復(fù)熱氣化后出冷箱，作為產(chǎn)品氧氣送煤氣化裝置。 從主冷凝蒸發(fā)器抽出液氮，復(fù)熱氣化后出冷箱，作為產(chǎn)品氮?dú)馑兔簹饣b置。 由 下 塔頂部抽出 （ G）純氮?dú)猓?jīng)主換熱器復(fù)熱后出冷箱， 作為 低壓產(chǎn)品氮?dú)夤?全廠用戶 。 上塔上部引出的不純氮?dú)猓?jīng)換熱器復(fù)熱后出冷箱。由于其干燥無(wú)水，除作為分子篩再生用氮外，入水冷卻塔，能使一部分水汽化從而使循環(huán)冷卻 水得到冷卻。 煤氣化裝置 目前國(guó)內(nèi)外開發(fā)的煤氣化技術(shù)有多種，其中大型工業(yè)化有代表性的工藝技術(shù)有：以魯奇為代表的固定床，以溫克勒、灰熔聚為代表的流化床、以 Texaco為代表的濕法氣流 18 床和以 shell和 GSP為代表的干法氣流床工藝技術(shù)等。 工藝技術(shù)方案的比較與選擇 （ 1）德士古 (Texaco)水煤漿氣化工藝 Texaco水煤漿氣化工藝為第二代先進(jìn)煤氣化技術(shù)。美國(guó) Texaco公司很早就開發(fā)了以天然氣和重油為原料生產(chǎn)合成氣技術(shù)，經(jīng)多年研究以后，推出了水煤漿氣化工藝。該工藝采用水煤漿進(jìn)料、液態(tài)排渣、 在氣流床中加壓氣化，水煤漿與純氧在高溫高壓下反應(yīng)生成煤氣。國(guó)內(nèi)引進(jìn)的渭河、魯南、上海焦化、淮南四套裝置，現(xiàn)均已投運(yùn)， Texaco水煤漿氣化工藝具有如下特點(diǎn)： 對(duì)煤種有一定適應(yīng)性，除了含水高的褐煤以外，各種煙煤、石油焦、煤加氫液化殘?jiān)勺鳛闅饣?，以年輕煙煤為主，對(duì)煤的粒度、粘結(jié)性、硫含量沒(méi)有嚴(yán)格要求； 氣化壓力高 。 工業(yè)裝置使用壓力在 ～ ，可根據(jù)使用煤氣的用途加以選擇； 氣化技術(shù)成熟 。 制備的水煤漿可用隔膜泵來(lái)輸送，操作安全又便于計(jì)量控制。氣化爐為專門設(shè)計(jì)的熱壁爐，為維持 1350～ 1400℃溫度下反應(yīng)，燃燒室內(nèi)由多層特種耐火磚砌筑。熱回收有激冷和廢鍋兩種類型，可以煤氣用途加以選擇； 對(duì)環(huán)境影響較小 。 氣化過(guò)程不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物，故廢水治理簡(jiǎn)單，易達(dá)到排放指標(biāo)。高溫排出的融渣，冷卻固化后可用于建筑材料，填埋時(shí)對(duì)環(huán)境也無(wú)影響。 （ 2） Shell干粉煤加壓氣化工藝 Shell煤氣化工藝屬干法氣流床氣化工藝，其以干煤粉進(jìn)料，純氧作氣化劑，液態(tài)排渣。干煤粉由少量的氮?dú)猓ɑ蚨趸迹┐等霘饣癄t，該爐型對(duì)煤粉的粒度有一定要求（ 75%通過(guò) 200目），煤粉需要經(jīng)熱風(fēng)干燥（含水小于 2%），以免粉煤結(jié)團(tuán)， 尤其對(duì)含水量高的煤種更需要干燥。氣化火焰中心溫度隨煤種不同約在 1600～ 2200℃之間，出爐煤氣溫度約為 1400～ 1700℃。產(chǎn)生的高溫煤氣夾帶的細(xì)灰尚有一定的黏結(jié)性，所以出爐時(shí)需與一部分冷卻后的循環(huán)煤氣混合，將其激冷至 900℃左右后再導(dǎo)入廢熱鍋爐，產(chǎn)生高壓過(guò)熱蒸汽。干煤氣中的有效成分 CO＋ H2可高達(dá) 90％以上，甲烷含量很低。煤中約有 83％以上的熱能轉(zhuǎn)化為有效氣，大約有 15％左右的熱能以高壓蒸汽的形式回收。 加壓氣流床粉煤氣化（ Shell爐）是 20世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的新型煤氣化技術(shù)，是 21世紀(jì)煤炭氣化的主要發(fā) 展途徑之一。 其特點(diǎn)是： 對(duì)煤種適應(yīng)廣，可使任何煤種完全轉(zhuǎn)化； 由于采用高溫加壓氣化，因此其熱效率很高； 由于是加壓操作，所以設(shè)備單位容積產(chǎn)氣能力提高； 由于氣化在高溫下進(jìn)行，且原料粒度很小，影響環(huán)境的副產(chǎn)物很少； 19 （ 3） GSP干煤粉氣化工藝 GSP工藝是一種氣流床加壓氣化工藝（屬第二代氣化工藝），可以使用固體（干煤粉或垃圾）、液體（焦油等）、氣體（天然氣等）為原料，原則上可以處理各種各樣的煤和廢物，氣化溫度為 1400～ 1600℃（當(dāng)煤灰熔點(diǎn) T31400℃需加助熔劑），氣化壓力通常為～ ，負(fù)荷變化為 75～ 110%，碳轉(zhuǎn)化率～ 99%，液態(tài)排渣，渣中含碳～ 1%，粗煤氣中有效氣含量～ 90%，冷煤氣效率為 78～ 85%，單爐開工率 90～ 95%。目前正在開發(fā) 400MW的氣化爐（投煤量約 20xx噸）。 該工藝的主要特點(diǎn)是：干煤粉進(jìn)料，加壓二氧化碳輸送，連續(xù)性好，煤種適應(yīng)性廣，可以處理各種含灰燃料 1～ 35%；氣化溫度約 1400～ 1600℃，氣化壓力～ ，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá) 99%以上；產(chǎn)品氣體潔凈，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體 (CO+H2)～ 90%。氧耗低，與水煤漿氣化相比，氧耗低 10～ 15%，因 而配套的空分裝置投資可相應(yīng)減少。 上述三種工藝的優(yōu)點(diǎn)是氣化效率高，煤種適應(yīng)性廣，但是主要用在化肥或煤制甲醇、二甲醚工程，合成氣中甲烷量極少，增加了變換和甲烷化裝置投資，耗氧和能耗高。 根據(jù)本工程的特點(diǎn)，煤氣化工藝宜選用 Lurgi加壓氣化工藝。 魯奇加壓氣化工藝 該工藝是一種固定層塊煤氣化工藝，主要用于氣化褐煤、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，采用粒度為 850mm，活性好不粘結(jié)的煙煤或褐煤為原料，在固定床中用氧與蒸汽連續(xù)氣化生產(chǎn)煤氣。氣化壓力 ，溫度在 900～ 1050℃之間，采用固態(tài)排渣方式運(yùn)行 。煤氣中約含 65%（ CO+H2）、 9%的 CH4，并含 C焦油等。因此， Lurgi工藝適宜于城市煤氣或煤制天然氣的生產(chǎn)。工藝特點(diǎn)如下： (1)煤制備輸送簡(jiǎn)單、投資省。煤制備只需簡(jiǎn)單的篩分，重力供料。與同規(guī)模干粉煤、水煤漿氣流床氣化相比，電耗僅是 Shell氣化的 1/2 Texaco水煤漿氣化的 1/13，投資僅為 Shell、 Texaco煤氣化的 1/3。 (2)固定床煤氣化過(guò)程生成大量甲烷，其甲烷熱值占煤氣熱值的 40%，焦油約占 10%，只需占煤氣熱值 50%的 CO、 H2合成甲烷。而其他氣化工藝生產(chǎn)的合成氣， CO+H2高達(dá) 90%、甲烷 %，與此相比，該氣化工