煤制天然气工艺能耗分析及节能措施探讨

胥尚伟

摘  要：随着工业和民用天然气消费的持续增长，我国的天然气需求预计将进一步增加，其对天然气的依赖在2020年将上升至37%。由于我国煤资源丰富，开发煤制天然气具有资源优势，因此开发和研究我国煤制天然气技术的优化具有重要意义。通过对煤制天然气装置能耗的评估和分析，可以回收蒸汽，循环利用冷凝液化，废热锅炉设置，空气增压膨胀过程设置，提高锅炉给水的处理效率。

关键词：煤制气;调峰;能耗;甲醇

随着生活水平的提高，居住的需求也在增加，在这方面，对清洁能源和天然气清洁能源的需求也在增加，能源结构的份额也在迅速增加。由于中国缺乏天然气储备，能源供应有限，推动天然气的紧张局势越来越严重。

一、工艺流程及理论分析

1.煤制气加工工艺。粗煤气化装置、空分装置产生气化煤、煤和氧所需的氧，蒸汽产生气化系统中二氧化碳和H2含量高的粗气。粗煤气通过调整耐硫转化和甲醇洗脱硫脱碳的分布产生，镍基催化剂产生的甲烷净化二氧化碳系统，产生少量的反应甲烷气CO2和H2，甲烷最终采用干气系统进行压缩，满足国家标准（GB 17820）和管输天然气对项目管理的要求。含硫浓硫酸气体由硫回收装置处理，回收硫元素，制备硫磺或硫酸产物。低温甲醇洗脱硫脱碳产生的部分二氧化碳排放用于加压后煤气化设施中的煤粉或块煤的加压气体输送。

2.工艺优化的煤制气工艺。原料煤、氧气和蒸汽产生气体系统中含有CO2和H2的原煤，并生气地直接从低温调节器中送出甲烷，简单的热量回收。脱碳系统利用甲烷合成净化甲醇低温甲醇洗脱碳。由于出口为干气低温甲醇洗，因此没有必要设置天然气干燥系统来满足管道流的需要。

3.甲烷化原理。（1）原料气间接转化为甲烷。第一步：原料气通过部分CO转化得到，且生成的合成气H2/CO值略高于3。

CO+H2O=H2+CO2

步骤2：净化合成气氛，即大部分二氧化碳脱硫和脱除，CO和CO2、H2的反应如下。CO和CO2的大部分甲烷转化。

CO+3H2=CH4+H2O（g）      （1）

CO2+4H2=CH4+2H2O（g）    （2）

反应（2）比反应（1）更容易、更快。除了反应（1）和（2）之外，合成气在进入甲烷系统之前还需要良好的碳氢化学比。反应的基础是，在甲烷转化之前，必须进行部分转化和脱碳。甲烷化间接粗煤气需要两种催化剂：反应发生变化的催化剂，另一种催化剂促进甲烷反应。（2）原料气直接甲烷化。即使发生脱硫后，粗煤气也不会被转化，CO通过气体中的CO2直接在水蒸气下产生。同时，粗煤气中H2和CO2之间的反应产生甲烷和水。

二、案例分析

1.工艺路线煤制气。某公司天然气原料主要是褐煤，在项目设计的一期其产能为400万Nm3/d、固定床干法是一种排灰纯氧碎煤方法，其工艺装置见表1。

2.分析能源消耗。项目的主要产品是合成天然气，其副产品有硫磺、铵、1#、2#焦油、苯混合、粗酚等。用于能耗计算的，以1000 Nm3SNG副产品的主要产品为计算依据，天然气的每小时产量为166.7 nm3/h。煤制天然气单位产品能量极限（GB 30179）。

3.节能措施生产工艺。在煤制设施中，每个单元以不同的方式连接在一起，每个单元的技术决定了直接影响原料煤项目能耗的技术的选择和优化，如气化、净化、甲烷化及污水处理等技术。在选择技术时，还必须为每个生产过程选择和优化节能措施。（1）动力装置。系统优化降低了能量损失，为了提高整体能量利用效率，化学组返回低压蒸汽0.5 MPa（g）富余，用作高压除氧器的加热气体。在动力车间，当蒸汽时，它有高、中、低压，并通过化学装置将冷凝液送到动力车间的除氧器。比如保温节能，取决于介质和设备的不同温度、管道设计、应用和基本考虑因素，如硅酸铝、岩棉等。这些材料轻质、性能好保温、损失率施工低，其计算用途是根据经济厚度法确定温度厚度。（2）气化装置。废热锅炉加压气化，粗煤气利用低位热能和饱和蒸汽，利用低压蒸汽进行后系列;气化炉的高热量由经气化炉夹套，从而产生中压饱和压力，作为气体炉直接进入气体炉，从而减少需加热的蒸汽锅炉的数量。对冷却变换进行了利用，逐步利用热能，采用优质热能优质热能利用余热回收器装置产生的低压蒸汽回收热量;粗煤气低热量使锅炉的给水预热，脱盐水，从而节约热水所消耗的蒸汽，减少冷循环水的消耗。（3）净化器。氨压缩机采用先进高效的离心压缩、透平蒸汽驱动和能量转换。甲醇洗的冷却通过改进的热装置，如缠绕式热交换器，减小热交换器的前冷却温差，并最大化冷量回收。

4.空分装置。提高空气压力的方法，制冷量气量大于氮气，与氮气补充循环相同冷却所需的空气较少，以节省能源。使用透平膨胀机增压直接用气体膨胀运行压力调节器，以节省能源并提高冷却功率。冷凝器透平采用真空冷却器减少能耗和冷却消耗。

5.甲烷设备。采用锅炉、过热、汽包等热回收系统，有效回收过热蒸汽4.8 MPa g;甲烷化中存在大量低热量，且该过程通过除盐水或预加热锅炉给水优化。通过节流闪蒸、低压蒸汽和低压蒸汽补充了管网，同时降低冷却器排污的负荷和循环水的消耗

6.硫回收。（1）过程中产生的余热在高位热下使用，通过在各级硫使用硫磺水冷凝器，增加了热蒸汽和副产中压蒸汽产生，预热锅炉给水，提高了过程效率。（2）产生的工艺冷凝液、凝结水、锅炉排污和超临界水深用作循环水补水回收水。

煤制天然气单位能源成本（GB 30179）中煤制天然氣产品总能耗比综合产品高，转化率基准值优于51%的计算先进值1.3吨/千标方，（57%）先进值。通过优化煤制气设施，能有效降低能耗，提高能源利用效率。

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