【正文】 研究結(jié)論和建議 主要技術(shù)經(jīng)濟指標 本項目建成投產(chǎn)后，主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表 11。 存在的問題和建議 （ 1）本項目氣化爐和鍋爐系統(tǒng)排出的爐渣量較大，而這些爐渣是建筑修路的材料，建議進一步落實用戶，盡量實現(xiàn)廢渣的綜合利用。 （ 3）本項目規(guī)模較大系列較多，同類 設(shè)備多，制造運輸周期長。 10 2 市場預測 天然氣概述 天然氣是從地下開采出來的一種以甲烷為主的可燃性氣體，它是埋藏在地殼下面的生物有機體 ，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代和復雜的轉(zhuǎn)化過程而形成的。 天然氣的熱值較高，一立方米天然氣燃燒后發(fā)出的熱量是同體積的人工煤氣（如焦爐煤氣）的兩倍多，即 兆焦 /立方米。 在世界合成氨產(chǎn)量中，約 80％以天然氣為原料，世界甲醇生產(chǎn)中 70％以天然氣為原料，以天然氣為原料的乙烯裝置生產(chǎn)能力約占世界乙烯生產(chǎn)能力的 32％。 表 21 天然氣性質(zhì)表（ 0℃， 1atm） 國外市場分析與預測 國外天然氣市場現(xiàn)狀 煤、石油和天然氣是當今世界一次能 源的三大支柱。美國、日本、俄羅斯、加拿大等作為天然 11 氣消費大國 ,平均消費量都在 400 億立方米 ,其中美國和俄羅斯位居榜首 ,其消費量均在總量的 60%以上。俄羅斯是第二大天然氣消費國，20xx 年消費量為 4321 億立方米，占世界總消費量的 %，天然氣在一次能源中的比例高達 %。荷蘭英國天然氣在一次能源消費中所占比例分別為 %、 %，也處于較高的水平。 國外市場預測 據(jù)法國國際天然氣信息中心（ Cedigaz）預測， 20xx－ 20xx 年世界天然氣消費年均增長率約為 %，增長率最高的地區(qū)可能是拉丁美洲、亞太、非洲和中東地區(qū)，年增長率可達 4%， 甚至更高。雖然歐洲已經(jīng)將建設(shè)環(huán)保型燃煤發(fā)電廠納入了計劃，但是在20xx 年以前不會投入使用。 在天然氣供應方面，在某些區(qū)域市場，如亞洲，天然氣供應仍將出現(xiàn)緊張局面。國際能源機構(gòu)（ IEA）在《世界能源展望 20xx》報告中預測，到 2030 年，世界天然氣消費年均增長率為 2%。儲量穩(wěn)步增長，產(chǎn)量快速上升，海外合作穩(wěn)步推進，輸配氣系統(tǒng)配套發(fā)展，消費市場逐步擴大， 20xx 年天然氣在我國一次能源消費中的比例達到 ％，天然氣工業(yè)正逐步成為一個嶄新而耀眼的新型能源產(chǎn)業(yè)。 20xx 年我國天然 氣消費 673 億立方米，與 20xx 年相比年均增長近 14%，在一次能源消費中的比例達到 ％。消費結(jié)構(gòu)從 20xx 年以前的基本以化工和油氣田生產(chǎn)燃料用氣為主，逐步向多元化轉(zhuǎn)變。 總體上，我國天然氣工業(yè)發(fā)展已取得了長足進步，天然氣生產(chǎn)能力得到快速提高輸配氣 系統(tǒng)逐步配套完善，消費市場不斷擴大，天然氣工業(yè)已步入了高速發(fā)展軌道。隨著環(huán)保要求的日益嚴格和人們環(huán)保意識的增強 ,天然氣這種潔凈能源的市場份額將不斷擴大，前景十分廣闊。除美國之外 ,世界其他地方的天然氣消費增長了 4%，其中，俄羅斯、中國與中東的增幅最大。天然氣在發(fā)電、工業(yè)、民用燃料和化工原料等領(lǐng)域的使用已占相當高的比重，對促進社會進步，經(jīng)濟發(fā)展和人們生活質(zhì)量提高正在發(fā)揮著越來越重要的作用。到 20lO 年，天然氣需求量將達到 1000 億方，產(chǎn)量約 800 億方，缺口為 200 億方以上；到 2020 年， 天然氣需求量將超過 20xx 億方，缺口達到 1000 億立方米。本工程建設(shè)從呼倫貝爾到大慶約 500 公里的天然氣管道，日供應天然氣 1100 萬立方米，為建設(shè)東北老工業(yè)基地服務。 表 31 各主要裝置生產(chǎn)能力 序號 裝置名稱 單臺 （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 7 硫回收 3 8 酚回收 6 9 氨回收 3 操作 制度 本項目建成后每天運行 24小時，年操作時間為 8000 小時，約 333 天 。這一傳統(tǒng)工藝技 術(shù)成熟，計算的熱效率為 %。 氫氣化技術(shù) (hydrogasification)：這一技術(shù)的計算熱效率達到 %。目前國內(nèi)在建和開展前期研究的煤制天然氣項目均采用第一種成熟的煤氣化、甲烷轉(zhuǎn)化過程的工藝技術(shù)。 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。大型全低壓空分裝置整個流程由空氣壓縮、空氣預冷、空氣凈化、空氣分離、產(chǎn)品輸送所組成，其特點是： （ 1）采用高效的兩級精餾制取高純度的 氧氣和氮氣； （ 2）采用增壓透平膨脹機，利用氣體膨脹的輸出功直接帶動增壓風機以節(jié)省能耗，提高制冷量。 （ 4）采用分子篩凈化空氣，具有流程簡單、操作簡便、運行穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點，大大延長裝置的連續(xù)運轉(zhuǎn)周期。 氧的增壓有兩種方式，即采用氧氣壓縮機和液氧泵，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。 最近制造廠又推出雙泵內(nèi)壓流程，即根據(jù)用戶對高壓氧氣、高壓氮氣的要求，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、維修費用低、安全可靠性高。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。各公司對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。 我國的空分制造廠與上述擁有世界一流技術(shù)的空分設(shè)備公司都建立了長期的技術(shù)合作關(guān)系，通過消化吸收，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，能合作制造大型空分設(shè)備。因為，盡管內(nèi)增壓流程使用了增壓機來提供系統(tǒng)的部分制冷量，理論上要多消耗約3%的壓縮功；但是增壓機的效率比氧壓機高，氧壓機實際運行往往偏離其設(shè)計工況；兩者實際的功耗是很接近的。 從投資上看，兩種流程相接近，內(nèi)增壓流程稍低一些。因此，本研究推薦內(nèi)壓縮流程。 工藝流程說明 從大氣吸入的空氣經(jīng)空氣過濾器濾去灰塵與雜質(zhì)后，入空氣壓縮機加壓至 （ A），然后進入空氣冷卻塔。然后通過上段與經(jīng) 污氮及冷水機組 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、二氧化碳和碳氫化合物。從增壓機的中間級抽出一股空氣進入膨脹機進行絕熱膨脹制冷，然后導入 下 塔，補充裝置運行所需的冷量；其余的從增壓機的最終 級壓出，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，液體空氣直接導往上塔分離或一部分先入下塔預分離。 從主冷凝蒸發(fā)器抽出液氮，復熱氣化后出冷箱，作為產(chǎn)品氮氣送煤氣化裝置。 上塔上部引出的不純氮氣，經(jīng)換熱器復熱后出冷箱。 煤氣化裝置 目前國內(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。美國 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。國內(nèi)引進的渭河、魯南、上海焦化、淮南四套裝置，現(xiàn)均已投運， Texaco水煤漿氣化工藝具有如下特點： 對煤種有一定適應性，除了含水高的褐煤以外，各種煙煤、石油焦、煤加氫液化殘渣均可作為氣化原料，以年輕煙煤為主，對煤的粒度、粘結(jié)性、硫含量沒有嚴格要求； 氣化壓力高 。 制備的水煤漿可用隔膜泵來輸送，操作安全又便于計量控制。熱回收有激冷和廢鍋兩種類型，可以煤氣用途加以選擇； 對環(huán)境影響較小 。高溫排出的融渣，冷卻固化后可用于建筑材料，填埋時對環(huán)境也無影響。干煤粉由少量的氮氣（或二氧化碳）吹入氣化爐，該爐型對煤粉的粒度有一定要求（ 75%通過 200目），煤粉需要經(jīng)熱風干燥（含水小于 2%），以免粉煤結(jié)團， 尤其對含水量高的煤種更需要干燥。產(chǎn)生的高溫煤氣夾帶的細灰尚有一定的黏結(jié)性，所以出爐時需與一部分冷卻后的循環(huán)煤氣混合，將其激冷至 900℃左右后再導入廢熱鍋爐，產(chǎn)生高壓過熱蒸汽。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。 其特點是： 由于采用高溫加壓氣化，因此其熱效率很高； 由于氣化在高溫下進行，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℃（當煤灰熔點 T31400℃需加助熔劑），氣化壓力通常為～ ，負荷變化為 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%。 該工藝的主要特點是：干煤粉進料，加壓二氧化碳輸送，連續(xù)性好，煤種適應性廣，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 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%。 上述三種工藝的優(yōu)點是氣化效率高，煤種適應性廣，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。 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。煤氣中約含 65%（ CO+H2）、 9%的 CH4，并含 C焦油等。工藝特點如下： (1)煤制備輸送簡單、投資省。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。而其他氣化工藝生產(chǎn)的合成氣， CO+H2高達 90%、甲烷 %，與此相比，該氣化工藝的甲烷化裝置負荷大大減小，所以，投資省、消耗低。 (4)固定床氣化為逆流床氣化過程，爐內(nèi)有一個煤的干燥層，進干燥層溫度取決于煤的活性，一般在 600℃～ 800℃。因此，該技術(shù)較適合高水分、較高灰分的劣質(zhì)煤。 工藝流程說明 粒度為 4～ 5mm的原料煤加入煤斗，壓力為 88～ 92%的氧氣混合后，由氣化爐下部進入燃料層，在 3MPa左右下進行氣化反應生成 650～ 700℃的粗煤氣，粗煤氣進入洗滌冷卻器直接冷卻到 204℃，除去灰塵、焦油、酚和氨等雜質(zhì)，然后進入廢熱鍋爐，溫度降為 180℃，同時副產(chǎn) ， 氣液分離后的粗煤氣送往變換工序。 氣化爐壁設(shè)置有夾套鍋爐，產(chǎn)生的中壓蒸汽經(jīng)氣液分離后作為氣化劑通入爐內(nèi)，煤氣化后的殘渣含碳量小于 5%，由爐篦排入灰鎖，再間歇的排入灰渣溝，用循環(huán)的灰水將灰渣充至灰渣池經(jīng)抓斗撈出裝車外運。 （ 2）夾套水由補充鍋爐水通過引射進行循環(huán)，避免了由于夾套水循環(huán)不暢造成的夾套鼓包。 一氧化碳變換裝置 由于合成氣中的 CO 含量較高，不符合甲烷化要求的 H2與 CO 體積比，因此必須通過變換反應調(diào)整。 變換工藝選擇 變換工藝流程主要根據(jù)原料種類、工藝指標要求、催化劑特性和熱能的利用等綜合考慮。其次，根據(jù)進入 系統(tǒng)的原料氣溫度和濕含量，考慮其他的預熱和增濕，合理利用余熱。如果允許 CO 殘余量較高，則僅用中變即可，否則采用中變與低變串聯(lián)，以降低變換氣中 CO量。 21 加壓中溫變換工藝的主要特點是： 采用低溫高活性的中變催化劑，降低了工藝對過量蒸汽的要求；采用段間噴水冷激降溫，減少了系統(tǒng)的熱負荷和阻力，減小外供蒸汽流量；采用電爐升溫，改變了燃燒爐升溫方法，操作簡單、省時、節(jié)能。在原中變爐的后面串上一個低變爐，中變爐為冷激可直接串在主換熱器后，中變爐為中間換熱則在主換熱器后配置一個調(diào)溫水加熱器，再串上低變爐。 （ 3）全低變工藝流程 為解決中串低或中低低流程中鐵鉻系中變催化劑在低汽氣比下的過度還原及硫中毒，開發(fā)了全部使用耐硫變換催化劑的全低變工藝，各段進口溫度均為 200℃左右。全低變流程采用寬溫區(qū)的鈷鉬系 耐硫中變催化劑進行 CO 變換。 （ 4）中低低工藝流程 該流程是在一段鐵鉻系中溫變換催化劑后直接串二段鈷鉬系耐硫變換催化劑，利用中溫變換的高溫來提高反應速率，脫除有毒雜質(zhì)，利用兩端低溫變換提高變換率，實現(xiàn)節(jié)能降耗。 該工程采用耐硫耐油 全低變換工藝。變換氣經(jīng)水加熱器回收熱量后進入冷凝器冷卻至常溫。在甲烷化時，硫化物對催化劑的毒害是積累的。 22 酸性氣體流程選擇 從目前國內(nèi)外大型煤基天然氣裝置所采用的脫除酸性氣體的工藝來看，低溫甲醇洗(Rectisol)和 NHD(或 Selexol) 工藝較為常見。該技術(shù)成熟可靠，可將 H2S脫至小于 。該法缺點 是在低溫下操作，要求采用低溫材料，投資較高。為使脫碳尾氣符合環(huán)保排放要求，須將脫硫和脫碳分開，流程復雜。該法的優(yōu)點在非低溫下操作，可采用普通碳鋼材料，投資較低。 工藝流程說明 在合成氣凈化中，有兩種典型的