新疆准东煤制气气化工艺选择探讨

李仕超 孔 艳

（浙能集团新疆准东能源化工有限公司，新疆奇台，831800）

1 概述

煤炭、石油、天然气均是我国重要的化石能源，但化石能源结构为富煤、贫油、少气。近年来，我国经济的快速发展对能源的需求持续增长，而我国的能源结构特点使得目前的能源供应日趋紧张。

根据预测，到“十二五”末，我国天然气在一次能源消费中的占比要提高到7%～8%，天然气消费总量高达2600亿m3，较2011年实现翻番增长。预测其供应构成为国外进口约900亿m3，国内生产约1700亿m3。预计到2020年天然气占能源消费的比例将达到10%，天然气的需求在4000亿方左右。

我国已先后与俄罗斯、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、缅甸等国签署了天然气管道协议，但仍然无法满足国内天然气消费的迅猛需求，同时，由于国际天然气市场价格持续攀升及中东地区政局动荡，利用境外资源难度将增大，国内天然气供需矛盾会进一步加剧，而且对我国能源安全造成很大威胁。煤制天然气的建设将有效地缓和国内天然气的供需矛盾，提高我国的天然气自给率，增强抵御国际能源市场风险的能力。

新疆准东煤炭资源丰富，开发潜力巨大。因此，将煤炭就地转变为优质的煤化工产品，提升煤炭产品的附加值，可为当地政府和开发企业创造巨大利益，同时实施煤炭洁净转化也符合国家可持续发展的经济战略。

2 准东煤田西黑山矿区煤质情况

准东煤田西黑山矿区煤质情况见表1、表2和表3。

根据煤质情况，西黑山露天煤矿煤种为低灰（10.0%～16.0%）、特低硫（0.05%～1.07%）、高挥发份（平均33.66%）、高发热量（25.51－29.60MJ/kg）的不粘煤和长焰煤，是良好的工业动力、化工、民用煤种。

表1 准东煤田西黑山矿区煤质分析表（工业分析和元素分析）

表2 准东煤田西黑山矿区煤质分析表（煤灰分析）

表3 准东煤田西黑山矿区煤质分析表（二氧化碳反应活性和热稳定性）

同时低位发热量偏低（收到基22.98MJ/kg），内水分含量较高（11.81wt%），硫含量较低（干燥无灰基 0.22wt%），灰熔点较低（DT 1120℃、ST 1140℃、FT 1170℃），焦油产率较低（3.8%），热稳定性中等（TS＋6平均57.4%）。

3 煤制天然气项目煤气化工艺选择

气化反应过程与煤的性质有着非常密切的关系。煤的气化过程在工艺上有着多种多样的选择，对一种特定的气化方法，往往对煤的性质有特定的要求。

此外还必须对煤气化工艺指标、技术的成熟可靠性、消耗与成本、三废排放及处理、投资以及最终产品需要等因素进行细致分析研究，才能最终选择适合的气化技术，实现装置“安、稳、长、满、优”运行。

世界上比较成熟的己工业化的气化技术主要有固定床加压气化技术、水煤浆加压气化技术和粉煤加压气化技术。其中固定床加压气化技术包括碎煤加压气化技术和熔渣气化技术（BGL炉、YM炉技术）；水煤浆气化技术主要有GE、四喷嘴炉、清华炉气化技术；干粉煤加压气化技术主要有GSP、航天炉、科林炉、东方炉等气化技术。

由于煤制天然气项目最终产品为甲烷，因此气化炉粗煤气中甲烷含量越高，对减少后系统项目投资越有利，在考虑气化技术选型时应给予考虑。

3.1 水煤浆气化技术的可行性

由于准东煤的成浆性差，在加添加剂后制得煤浆浓度仅为56.5%，不符合水煤浆气化对原料煤具有较高成浆性（60%以上）的要求，而且存在能效低（52%）、效益差、不含甲烷等缺点，水煤浆气化技术不适合煤制天然气项目［1］。目前已运行的煤制气项目内蒙古汇能煤化工有限公司一期年产4亿立方米煤制天然气因其煤种成浆性较好，采用了多元料浆加压气化工艺。

3.2 碎煤加压气化技术的可行性

碎煤加压气化技术因粗煤气中含有高达10%的甲烷成分，使得后续装置处理负荷减小，降低投资，另外还有相当的石脑油、中油和粗酚等副产品效益，因此目前国内运行的煤制气项目大唐克旗煤制气项目、广汇新疆哈密二甲醚项目、新疆庆华煤制气均采用此气化技术。气化炉的操作压力都为4.0MPa。在运行中出现过气化炉夹套因卤素含量大于0.4%以及碱金属含量高发生减薄泄漏问题，后在气化炉内壁堆焊inconel625进行处理［2］。

准东煤的灰熔点ST只有1140℃，达不到碎煤加压气化技术ST1200℃以上要求，需要更多蒸汽来降低反应温度，汽氧比可达8kg/Nm3，将产生更多的废水。从已运行的煤制气项目来看，废水处理是碎煤加压气化技术的主要问题，大唐克旗煤制气项目吨废水处理成本高达100元，给企业增加沉重的环保负担和经济压力。因此，不考虑使用碎煤加压气化技术。

3.3 粉煤气化技术的可行性

采用气流床粉煤气化技术，要求气化炉操作温度大于FT温度300～400℃，同时保证煤灰的粘度指标在5～25Pa·s，具有较宽的操作窗口，利于气化炉壁挂渣［3］。

从上述准东煤的指标看，能完全达到此要求，可以使用粉煤气化技术。可供选择的工业化粉煤气化技术有GSP气化炉、HT－L航天炉、科林气化炉、东方炉等。

3.4 熔渣气化技术的可行性

准东煤的热稳定性TS＋6平均为57.4，低于熔渣气化技术要求70，影响熔渣气化生产负荷。但经过不断的优化运行操作条件，云煤炉在煤热稳定性TS＋6为21下能稳定运行，另外BGL气化技术也在类似工况下有长周期运行经验，两种气化技术均能使用准东煤。煤的灰熔点FT1170℃，满足熔渣气化技术FT小于1300℃要求，熔渣气化汽氧比低为1kg/Nm3，耗水量低，产生的废水比碎煤加压气化技术少2/3以上，同时减少污水处理负荷和投资，虽然BOD和酚含量有所增加，但使用两级A/O生化处理也能达标排放。

同时熔渣气化炉产生的粗煤气中含有约8%的甲烷，有利于降低后系统处理负荷，减少整个煤制气项目投资，因此准东煤可以使用熔渣气化技术。

3.5 块粉煤综合利用

准东煤的块煤和粉煤比例约为1∶1，由于新疆准东地区地处偏远，运输较为困难，综合利用块煤和粉煤也成为煤制天然气项目中必须解决的一个难题。锅炉仅能使用一小部分粉煤，以20亿Nm3/a规模煤制气为例，单纯使用熔渣气化炉约消耗块煤550万吨，锅炉消耗粉煤190万吨，尚有300万吨粉煤无法利用。因此需要使用熔渣气化技术和粉煤气化技术的组合工艺来解决此问题。

4 综述

新疆准东煤进化程度较低，属于比较年轻的长焰煤，活性较好，煤成浆性低，块煤产出较少，使用熔渣气化和粉煤气化的组合工艺，能较好的解决这些难题。但同时还应考虑国家政策的符合性，比如相关政策对能效、水耗和煤耗的要求。此外熔渣气化和粉煤气化的产气规模比例如何设置，具体选用何种气化炉，需在进行详细经济测算对比后进行确定。

［1］李仕超，孔艳，李杰.多喷嘴对置式水煤浆气化技术的应用及优势［J］.节能与环保，2010，12：59～61.

［2］TRI－STAE SYNFUELS PROJECT REVIEW，DOE U.S.July，1982.

［3］孙永才，刘伟.航天炉粉煤加压气化技术浅析［J］.化肥工业，2010，37（1）：55～57.