陈家仁 用煤制造天然气

1、.：.； 用煤制造天然气，路好走吗？浙江DA控股公司内蒙WY县煤制天然气工程研讨会发言煤科总院北京煤化工分院 陈家仁 2021/3/19 目前我国煤化工行业，不论是煤制合成氨或煤制甲醇、二甲醚，均呈现产能过剩情况。其他，如间接液化煤制油或直接液化煤制油，因热能转化效率过低，或技术尚未完全过关，在构成产业化方面没有多少人看好。煤制液体燃料技术，作为国家能源技术的战略贮藏，我们必需掌握，大规模消费安装的制造和运转技术，以备应急。煤制烯烃和煤制其他化工产品正在不断开发和延伸；近期，国家发改委又同意了，几个煤制天然气的工程。天然气是一种仅次于电的清洁能源，广受人们青睐，需求日益增长；煤制天然气的技术根

2、本成熟，设备国产化率较易提高；能量转化效率相对较高；单位产品水耗相对低等因数呵斥的。受国际煤价的影响目前澳大利亚和印尼的动力煤价约为70美圆/吨，我国的煤矿企业的利润丰厚，而相对来说，煤制天然气的利润就不是那么丰厚。假设上面的源头煤价控制不住，下游的入管网的价钱没有协调好，要获取利润就较为困难。这也是去年12月，大唐电力公司旗下的华银电力，在做完予可行性研讨报告后，决议终止其在鄂尔多斯市，伊金霍洛旗174亿投资的煤制天然气工程的缘由所在。针对浙江DA控股公司内蒙WY县煤制天然气工程有关的情况，谈些个人意见供参考。深化细致做好调研任务，进一步落实煤源煤质、水源水质；煤制天然气的主要原料是煤，在内

3、蒙WY县本身并没有煤，但其附近有很多的煤田。如DA公司资料引见，北边有已探明的4个褐煤矿区；南边，又与鄂尔多斯煤田相望，那里盛产优质次烟煤；又与乌海市相近，是我国的炼焦煤产地。还与蒙古国的焦煤基地不远，且是其今后外运的必经之地。但这三种煤从煤质上看有较大的差别，这使得我们在选择加工工艺上，会有很大的不同。就以消费SNG的第一步工艺气化来说，普通大都以为，我们的目的产物是甲烷气体，那么选用的气化技术应该在第一步加工时，能得到较多甲烷气的加压碎煤挪动床气化技术为好。像高温气流床气化那样技术，在气化时会把煤全部先都气化裂解成：一氧化碳和氢气CO+H2，然后到后边工序，又再去变换、净化、甲烷化等，最后

4、合成甲烷。这样就会添加加工步骤，添加能耗，降低能量的转换效率。在DA的资料中，也提到：由于有的气化技术可以利用劣质煤。也可采用气流床粉煤气化技术。从内容看，恐怕要想采用的是GSP或国产航天炉HTL技术。这里我们要分清什么是劣质煤？普通来讲，从煤作为能源的目的来看，发热值高的低水、低灰煤就是好煤，反之就是劣质煤；对于一种煤加工的加工工艺来说，适宜工艺的要求的就是好煤。如乌海的粘结性炼焦煤，对于炼焦来说是好煤，但对于加压碎煤固定床气化，就会因其粘结性会在气化炉上部结焦，而呵斥消费的困难煤的粘结性随着压力提高而提高，这就不能叫好煤。同样，煤的灰分含量和煤的灰熔融特性，对气化工艺选择也有较大的影响。灰

5、分高过15 %以上的煤，灰熔融性特性FT大于1400的煤，用于水煤浆进料的气流床气化技术，就会降低消费的稳定性和降低气化的热效率。对于高灰熔点的块煤，固定床的煤气炉是好的原料煤。普通，为了提高煤的转化效率，大家对煤中的无用成分的灰分，是希望低些。但最近又有壳牌的一些人，提出所谓壳牌气化炉的顺应煤的窗口问题，即以为灰分含量过低，灰熔融温度FT过低的煤即神东煤田的优质次烟煤反倒不太适宜，为了操作顺利应添加高灰、高灰熔点的煤，很使我也感到迷惑不解。世上真有怕煤的质量太好的，岂非咄咄怪事! 这是一个不从改良本人设备想方法，而单从外边找缺陷的典型，殊不知这一掺煤，能够比改设备还费事，还必然会添加热量的损

6、失，真是偷懒都不会想适宜的方法。总之，煤质是关系到我们加工工艺选择的重要要素，涉及工程的各方面，因此必需将其落实清楚。对于新煤田，如何经过钻探煤样的分析结果，来预测未来消费煤样的结果，在一些煤矿设计院，有很多可自创的阅历。也可经过在附近一些小煤窑的消费矿井中，采集一样煤层大样进展分析，来预测未来消费煤的煤质情况。建立煤制天然气工程的耗水量相对较低，但也离不开水，20亿m3/a, 的SNG厂的水用量12001500万吨/年。WY县年降雨量只需169.0 mm，最大降雨量339.8mm，最小仅68.7mm，而年平均蒸发量高达2067.8mm，是一个非常干旱、缺水的地方。主要靠引黄河水灌溉，是引黄河

7、水量最大的一个县，每年约11亿m3/a。另外，还有4亿m3/a质量差的盐碱化地下水，想经过工程加以利用。从水量的比较来看，SNG厂的用水量，不算很多，但这些干旱地域的农用水量相当大，假设能在农业用水方面采取一些真实的节水措施，就可在其他的产业上做更多的文章。在设计和建立SNG厂时也应采取一些相应的节水措施，如用风冷替代水冷等。根据煤、水的情况来分配未来煤矿产出煤的就地加工量和运出量；根据我国煤资源和水资源逆向分布的现实，对于煤化工这类延伸煤炭消费产业链的工程应该特别留意水资源的能够条件。过去有的资源型地域，有很多资源但并没有开展起来，如山西可以说从南到北，从东到西，全省都是煤，但前几年，山西的

8、GDP在全国是倒数几位的。有的指点部门的同志叫这是山西效应。而相反在全国开展 较快的省市是那些没有煤炭等资源的省市。世界上也是这样，日本也没有什么资源，也是开展得很快。这就有人提出，在这些有资源的地域 应该利用本身的资源优势，延伸煤炭的产业链，将一部分消费的煤炭，就地建些煤化工产业，加强本身的造血功能，维持该地域今后的可继续开展。如日本有一个城市叫 宇部，原来就是一个煤矿城市，如今成了一个化工城市，著名的宇部兴产化工公司就在那儿。上次去甘肃华亭，他们有近50亿t的优质次烟煤资源。县委樊得智书记等一班人，在思索县里的可继续开展时，就提出：采煤时构成地面塌陷怎样办？今后，当煤炭采完了怎样办？两大关

9、键性问题。WY县煤制天然气工程的出发点也是一样的。去年在鄂尔多斯开会时，市里有位局长就说，他们市里原来有个规划，要把鄂尔多斯市建成中国的另一个大庆。那就要建成一个，年产50Mt/a油的，煤制油的石油城。我当时就跟他说：用煤不是问题，就算用效率最低的间接液化技术，每年也就2.5亿t，只占鄂市已探明储量的千分之一；但所需的这么多的水，恐怕会使黄河下游，整年都要断流了；再说，目前煤液化的热能转化效率较低，就把固体的煤变成液体的油，能量就去掉了一半还多，怎能与可继续开展相符合？我以为，煤液化目前只能作为一种国家能源的战略贮藏技术来思索，作为国家的应对紧急情况的一种措施，而不适宜作为产业化的事业来办，除

10、非我们能开发出能量转化效率高的煤液化技术。听说，有的香港公司曾经与陕北的榆林提出：他们假设能得到煤资源，他们就能把榆林一切的煤，都就地转化了。这些人，实践上是为了获得当地的煤资源，而在忽悠当地政府的指点。由于遭到水资源的制约，我们为了保证农业用水和居民生活用水，在一些煤资源较为丰富的缺水地域也只能量水而规划煤化工工程。除非，我们真能想出方法，把农业用水确实地节省出来由于这是用水大户。根据本地水的实践情况，来规划煤化工等工程，这是一点也模糊不得的，不然我们就会呵斥该地域的供水的失衡，遭到大自然的惩罚。我对煤制天然气的看法去年年底在鄂尔多斯会上，我讲了一下煤制天然气的竞争力，这里不想反复，简要说一

11、下本人的看法：1，市场很大，转化效率尚可，煤源不缺，不会冲击市场煤价； 2，自有煤矿资源，自控煤价；选好工艺，加强副产回收利用；协调好上网气价，添加有利润空间；3，一致规划，有序渐进式开展，这是今后市场开发、和技术熟习、完善和开展所必需的。目前普通认可的常用煤制天然气的工艺4，1 煤制天然气工程中的气化工艺的选择在煤化工工程的煤制气工艺的选择上，除了要根据所用的煤的煤质气化特性，因煤制宜外，还要根据产品规模、种类、产品特性，因产品制宜。煤制天然气的目的产物是甲烷，为了提高煤制天然气的热转化效率，就没有必要将煤气化中曾经可以得到的甲烷这一产品，先在气化中把它裂解成CO加H2，而后边又再经过甲烷化

12、去合成甲烷。由于大家都知道，化工过程中经过的步骤越多，过程的总热效率越低。 最近，有人提起用催化气化类似于以前的埃克森催化气化的Great point 气化，据称可得到很高的甲烷含量。原来催化气化的问题是煤气中的甲烷没那么高、催化剂价钱高且不好回收再利用这是我们以前催化气化工程得到的结果，但如今他们说都可以处理了。加压的粉煤气流床气化技术，大都采用很高温度的熔渣排灰的技术，粗煤气中的甲烷含量均在痕迹量的程度，要用于天然气消费，其产品甲烷就必需全部靠甲烷化来得到，显然是不太适宜用于天然气消费。前些时间，康菲公司Conoco Philips引见其E-Gas新利用途径时，曾建议利用气流床的EGas

13、两段水煤浆的气化技术来消费SNG。但我以为即使利用了添加二段进水煤浆的浆量，降低第二段气化炉的炉温暖提高气化炉的压力均无法抑制EGas气化炉内喷浆量的比例。下段的进浆量，总是占据主导位置普通为7080，而在下段的炉内温度是很高的，在那儿产生的粗煤气中的甲烷生成几乎是微量的。单靠2030的二段喷入的水煤浆能生成的甲烷量是有限的。由于在二段的炉内温度也有800900以上，对甲烷的生成也并不太有利，即使是提高气化炉内压力到45MPa，其粗煤气中能得到的甲烷量还是很少的。这样就意味着，产品中的甲烷主要还要靠后边的甲烷化去生成，单位产品的能耗就会添加较大据有的文献引见，在煤制天然气的过程中，选用GE 水

14、煤浆气流床气化工艺的，约比选用鲁奇挪动床气化工艺的要低6.5的热转化效率。4，2 美国大平原SNG厂的工艺流程美国大平原SNG厂，采用14台鲁奇MARK 型加压挪动床气化炉，12台运转、2台备用，用北达可达褐煤的块煤为原料，消费代用天然气，至今已胜利运转20年。大平原SNG厂的工艺流程如图3所示。图3 美国大平原SNG厂工艺流程图4，3 我国通常煤制天然气气化工艺及流程的大体方式由于煤种不同，煤的气化特性的区别，煤制天然气的工艺及流程会有一些差别，主要是在前部的煤制气工艺上。从煤种思索，为了顺应鲁奇加压挪动床的要求，需求运用粒度大于6mm以上的块状原料，假设块状原料的数量不够，或块煤的强度不好

15、，容易在运输过程中或在炉内挪动、受热时粉碎成粉状，那么应设法将其粉煤预先压制成强度较好的型煤。从目前我国要建的几个煤制天然气的工程的用煤情况来看，大致涉及：内蒙东部的褐煤、鄂尔多斯或新疆的优质次烟煤。对于后两种煤的原煤中的块煤大于6mm普通可到达60以上，由于厂内还要部分锅炉动力用燃料煤粉，不用去做型煤也足够气化炉的原料煤运用量；然而对于内蒙东部的褐煤，其水分的含量普通在30左右，含块率要低些，块煤的强度也较差，尤其是某些煤枯燥时，会构成片状。假设能将粉煤枯燥、高压成型制成型煤，既可坚持煤块在气化炉内的强度又可减少煤气中夹带的酚水量，对操作和污水处置比较有利。加压挪动床的鲁奇气化技术，有干式出

16、灰和熔渣出灰两种。假设煤灰熔融性温度较低，如目前的鄂尔多斯优质次烟煤，煤灰的熔点ST只需不到1200 。如用这类煤而采用固态排渣，那么为了防止气化炉结渣，气化剂中的汽/氧比，至少要在7.88.0 kg/nm3； 但假设采用BGL熔渣排灰，气化剂中的汽/氧比，就只需11.2 kg /nm3, 这种选择带来的益处是：气化效率加气化产生的焦油的热值可到达90；单炉消费才干可提高23倍；大幅度降低含酚污水的产生量；同时降低气化工艺蒸汽的耗费量。商业化的BGL气化炉，规模是内经 3.6 m；已在前东德的黑水泵厂，经过多年运转，运用的原料为褐煤煤砖如今该气化安装已移往土耳其。加压的挪动床和流化床的煤气化过

17、程中，气化炉内温度较低，产生的粗煤气中，含有较多的甲烷。尤其是加压挪动床的鲁奇气化工艺，在用烟煤块作原料时，它的粗煤气里有近10的甲烷含量，常被用作煤制天然气的煤气化工艺。其粗煤气中的甲烷主要是由煤的热裂解中生成的，而不是先生成 一氧化碳和氢气，然后再由一氧化碳和氢气经过甲烷化的合成反响的途径而生成的。这一点可从年老无烟煤的鲁奇气化的粗煤气中甲烷只需3 这个实践数据得到印证，而烟煤加压气化时，得到的煤气中，甲烷含量可达10 。 在煤制代用天然气的工艺中，为了获得较纯真的天然气，把粗煤气中的部分CO经过部分变换反响，将其变成氢气CO+H2O = H2+CO2，使气体中的氢气与CO 的比例到达3：

18、1，再经过甲烷化将这部分的非甲烷气体转变成甲烷(CO+3H2 = CH4+H2O)。为了进展甲烷化，要先将煤气中的CO 与氢气的比例调整成1：3，因此在前面要对多余的CO进展变换，使它变成氢气。在变换之后，还要脱硫、脱碳为后边的甲烷化发明好条件。其主体流程应包括：煤制气、粗煤气变换、脱硫脱碳、甲烷化等各步，才干制得合格的 SNG。因此，我国通常褐煤制天然气工艺流程的大体方式如图4所示。型煤制造粗煤气变换脱硫、脱碳甲烷化含酚污水处置天然气管网煤制气(鲁奇或BGL) 图4，褐煤为原料消费天然气的工艺流程图当采用次烟煤时，可以省去型煤制造环节。在运营一个煤制天然气工程时，要防止风险应留意的几个方面：

19、要有可靠的原料保证煤制天然气工程的原料主要是煤。目前已开工的三个煤制气工程，都有本人的大煤矿，作为本人的后盾。大唐电力有本人的大褐煤矿；汇能本来就是运营煤炭的公司，也有本人的煤矿；神华更是世界有名的大煤炭企业。如今煤炭的价钱变动频繁，有本人的煤矿不但原料有保证，而且可以保证价钱不会动摇太大。都是一个公司的，不是在前边卖煤里赚，就在后边的制气厂挣。因此，本工程要有本人可靠的煤矿，这是非常重要的根本条件。 在煤制天然气的消费过程中，为了消费的稳定，要求煤的质量变动越小越好。资源量较大的煤矿，建有洗煤厂的煤矿，对于保证气化炉原料煤的质量稳定，会有很大的协助 。否那么在气化厂内，应安排有一个把来煤进展

20、均质化的煤场来弥补。在确定用何种原料煤时，要思索价钱低，适宜相应工艺特性的煤种。 除了煤以外，煤制天然气和其他煤化工企业一样，需求大量的水资源。而正如专家们都很清楚的，我国的煤资源和水资源的逆向分布，有水的地方没煤，而鄂尔多斯、新疆的大戈壁有大量的煤炭。思索到资源地域的可继续开展，目前我国往往在建煤矿的同时，在资源所在的地方建部分煤化工的企业，以延伸煤炭的产业链。但千万要留意，受水资源的局限，这些产业不能够很多，要尊重客观的实践情况，量水制宜。如鄂尔多斯市的再一个大庆，榆林的煤资源全转化等，都是不符合现实情况的。在思索工程时，既要思索到节水的工艺和措施，保证有两个以上的水源供应保证；同时，还要

21、保证有足够的农用灌溉水和人畜饮用水等需求。还是强调科学开展观好一段时期来人们都说地球变暖，其缘由是由于二氧化碳的排放，包括一些有名的大学的学者、教授，都在议论低碳经济；要上风电、太阳能电和核电等不排放二氧化碳的发电工程；要扑集和储存二氧化碳。最近，北半球的百年、几十年未遇的寒冬，又有人称，迷他冰河时期的到来。这是气候、天体物理学家们争论的问题，随着科学数据的完善，究竟是变暖还是变冷，自会为世人所认识；气候变化的缘由究竟是二氧化碳的增减或是太阳黑子活动的强弱变化？这些东西我们搞煤化工、煤气化技术的人也弄不清，还是以后让相关的专家们去清楚吧。但是在我们中国，党中央近年来不断强调的科学开展观倒是应该

22、很好地去仔细落实的。从我个人的了解，科学开展观就是提倡以人为本，节约资源包括能源、水资源等留意环境友好。这是对以往的开展观的一种开展完善和补充。我们在高速开展的同时，就应留意维护好人们赖以生存的环境。我们不能走过去资本主义国家开展的先污染、后治理的老路。我们今后一定要在维持较高速度开展的同时，留意节约资源和维护好环境。只需这样才符合我们以人为本的社会主义特性，也只需这样才干坚持开展的可继续。这比低碳经济等提法要好。有人提出，这能够就是美国等霸权国家，为了阻止中、印、巴西、南非等开展中国家快速开展，所设的一个圈套。值得提高警惕，但也不一定。这是政治家们思索的问题，我们搞技术的管不了它。这里说了一大段是由