煤制合成天然气竞争力分析

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煤制合成天然气竞争力分析 近年来，随着世界经济的持续增长，石油、天然气 供需矛盾越来越突出，原油、天然气价格飞涨，全球政 治家、科学家、企业家的目光都投向了油、天然气替代 能源的开发。我国的石油和天然气储量相对不足，煤 储量相对丰富，煤在能源结构中占65％～70％，因此煤 的洁净利用，加工成油、天然气、化工产品，以减少对 石油、天然气的依赖成为国内外大型能源公司竞相开 发的重要课题。 1 煤制合成天然气概况 20世纪70年代，世界出现了自工业化革命以来 的第一次石油供应危机，引起了各国政府和企业家的 广泛关注。当时西德鲁奇公司和南非煤、油、气公司， 在南非F-T煤制油工厂旁建了一套半工业化煤制合 成天然气试验装置，同时，鲁奇公司和奥地利艾尔帕 索天然气公司在奥地利维也纳石油化工厂建设了另 一套半工业化的天然气试验装置。两套试验装置都进 行了较长时期的运转，取得了可喜的试验成果。在此 基础上．1984年美国大平原建成389万m。／d的煤制天 然气工厂．利用当地高水分褐煤，采用鲁奇纯氧干排 灰压力气化、耐硫耐油变换、低温甲醇洗净化，2．4MPa 高压下甲烷化。产品气含甲烷96％，热值35 564kJ／m。以 上，该厂建成至今，正常运行20多年。丹麦托普索公 司1978年在美国建成72 000m3／d的合成天然气厂， 1981年由于油价降低到无法维持生产，被迫关停。最 近，托普索公司为美国某公司完成了一个420万m。／d 合成天然气工厂的前期工作。 我国大连化物所在低热值煤气甲烷化制取中热 值城市煤气方面进行了大量工作，并相继建成了l0 个工厂。因此，煤制天然气技术成熟、可靠。 2 市场前景分析 2007年6月30日在上海石化经济论坛会上，国 家发改委能源所宋武成研究员预测：未来20年，中国 天然气消费将达到2 275．4亿m。／a一2 965．4亿in。／a， 国内产量约为l 200亿m。／a，年缺口l 075．4亿m。～ l 765．4亿m。。2015年前，中国沿海地区拟建总规模 接近7 000万t／a液化天然气设施。 在美国能源信息署举办的2007年能源展望会议 上，德意志银行首席能源经济师西敏斯基表示：由于 液化天然气(LNG)供需矛盾，从现在起到2030年，可 能会遇到与原油相似的地缘政治问题，仅美国进口量 就将从2006年4 537万m。上升到2017年的3．74亿 m。和2025年的5．26亿m。，分别增长8倍和11．6倍。 LNG世界产量2000年为4亿m。．2006年世界LNG 贸易量增幅为11．7％， 预计2010年可达l2亿m。， 2015年将增至l8亿m。。LNG不仅受资源的影响，而且 还受建设成本、运输成本、投资、气价波动、政治不确 定性的影响， 因此中国在解决未来天然气的需求．开 发国内天然气资源及进口一定LNG的同时．也要利用 我国丰富的煤炭资源，积极发展煤制天然气，从偏远 的富煤产地用长输管线送到全国消费市场。在能源安 全、节能减排方面具有战略性意义。 3 煤制天然气与煤制其他能源产品竞争力 分析 煤制天然气工艺流程简单，技术成熟、可靠，消耗 低、投资省、单位热值成本低。 3．1 典型工艺流程示于图l。 图1 煤制天然气工艺流程示意图 产品 甲烷合成可以在煤气化压力下等压合成，与生产 甲醇、二甲醚相比，省去了合成气压缩、甲醇合成、甲醇 精馏、二甲醚合成，以及产品的储存、装车设施等；与煤 制合成油相比．省去的装置更多，因此投资省、消耗低。 3．2 煤制天然气单位热值投资、成本最低，总热效率 最高(表1)。 表1 煤制天然气与煤制其他能源产品单位热值的 投资、成本、总热效率比较 投资／万元工厂成本／元总热效率／％ 合成天然气 200 112 62～65 甲醇450 120～150 48～50 合成油 1 000 350～400 40～50 电 3 000元／kW 337 36～38 注：以1×lO％cal(4．18×108kJ)为1单位进行比较。 由于采用工艺技术、煤质的不同，表1的数据在 投资和成本方面可能有差别。合成油总热效率50％是 煤直接液化的效率。 3．3 合成天然气转化率、选择性最高(表2)。 3．4 合成天然气废热利用率高(表3)。 、合成天然气废热副产的过热蒸汽可以用于本装 置透平循环机和空分空压机，产生好的经济效益。甲 醇合成只能生产出压力较低、波动范围较大的饱和蒸 表2 煤制天然气与煤制其他能源产品的 转化率、选择性比较 ％ 表3 煤制天然气与煤制其他能源产品的废热利用率比较 汽；合成油产生的饱和蒸汽压力更低，很难高效利用。 3．5 煤制合成天然气废水不含有害物。易于利用(表 4)。 表4 煤制天然气与煤制其他能源产品的废水排放比较 废水特征 废水处理 慧大不含有害物 粟釜 翼 甲醇 较小 含 少 需 一般的深度处理 含有害物多，主要 合成油大芝裹罢 法处理后再 酚、氨等 4 煤制合成天然气工艺技术选择 4．1 煤气化工艺 碎煤固定床纯氧干法排灰压力气化工艺(国外称 鲁奇气化)是最合适的气化工艺。 (1)煤制备输送简单、投资省。 煤制备只需简单的筛分，重力供料。与同规模干 粉煤、水煤浆气流床气化相比，电耗仅是Shel1气化 的1／25、Texaco水煤浆气化的1／13， 投资仅为 Shel1、Texaco煤气化的1／3。 (2)固定床煤气化过程生成大量甲烷，其甲烷热 值占煤气热值的40％，焦油约占10％，只需占煤气热值 50％的C0、H，合成甲烷。而其他气化工艺生产的合成 气，CO+H 高达90％、甲烷0．1％，与此相比，该气化工艺 的甲烷化装置负荷大大减小，所以，投资省、消耗低。 (3)固定床气化过程生成大量甲烷，在炉内放出 大量热供气化用，因此降低了氧的消耗，与气流床气 化相比．用高挥发分煤。该气化工艺氧耗仅为气流床 气化的1／3，即空分装置能力仅为气流床气化的1／3。 因此投资大大节省、成本大大降低。 (4)固定床气化为逆流床气化过程，炉内有一个 煤的干燥层，进干燥层温度取决于煤的活性。一般在 600℃ ～800℃ 。由于炉内固体物料向下移动。气体自下 向上。物流类似一个热交换器进行热的充分回收，所 以气化热效率是各类气化最高的(包括副产品)。因 此。该技术较适合高水分、较高灰分的劣质煤。 (5)可以实现煤制天然气和甲醇、二甲醚、氨等联 产，经济效益更好，抗风险能力更强。 4．2 工艺的有机组合 将耐油耐硫变换、低温甲醇洗、直接利用煤气废 热吸收制冷工艺进行有机组合，可实现能耗最低、投 合成 资最省、消耗最低、效益最好。 (1)耐硫耐油变换利用造气废锅副产蒸汽后的煤 气中饱和的蒸汽，实现c0变换，使HJCO=3．2：1，不需 另补蒸汽。 (2)变换气副产中压蒸汽后，还将大量低位热能 直接用于吸收制冷作为吸收制冷热源，省去了低压废 锅和冷却器。 (3)低温甲醇洗工艺通过有效地选择性吸收，可 保证总硫降至0．1×10 ，CO。降至1％左右，并同时除 去变换气中的油和其他杂质。 (4)甲烷化装置，目前需引进工艺包，根据情况发 展．将在不久可实现国产化。 5 甲烷化装置的工艺流程、主要设备和消耗 5．1 工艺流程 甲烷化装置工艺流程示于图2。 合成天然气去干燥 图2 甲烷化装置工艺流程示意图 5．2 主要设备 甲烷化反应器是固定床绝热反应器。 透平循环机：压差0．3MPa，循环比(3～3．5)：1。 5．3 主要消耗(1 O00m3甲烷消耗) 新鲜合成气2 660m。(HJCO=3．2：1)；电11．4kW； 中压蒸汽一2．17t (副产， 已扣除循环气透平用蒸 汽)；低压蒸汽一0．25t(副产)；锅炉给水 2．7t。 6 结 语 6．1 煤制得的天然气是最清洁的民用燃气和工业燃 料，也是机动车汽油的最佳替代品，具有热值高、环保 性能好、廉价等优点。 6．2 煤制天然气与煤制甲醇、二甲醚、汽油、柴油相 比，具有能源转化效率最高、产品单一、流程短、投资 少、经济效益好等突出优点。 6．3 可以与其他合成气化工产品实现联产，增加企 业市场适应能力，提高煤加工综合效益。 6．4 煤制天然气产品市场巨大，可实现偏远山区或 边疆煤丰富地区的煤的坑口转化，然后用管道输送到 很远的消费市场，大大降低了运输成本，缓解交通运 输压力。 通过以上分析可知，煤制天然气极具竞争力。市 场前景巨大

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