年产40亿立方米煤制天然气项目可行性研究报告代项目建议书(编辑修改稿)

年产40亿立方米煤制天然气项目可行性研究报告代项目建议书(编辑修改稿)内容摘要：

设东北老工业基地服务。 我国天然气消费量及预测05001000150020xx25002004年2005年2006年2007年2008年2009年2010年2020年时间消费量：亿立方米系列1 14 3 生产规模及产品方案 生产规模和操作制度 生产规模 本项目设 煤气化装置四十五套、空分装置、变换工序、低温甲醇洗装置、 甲烷化装置各六套及硫回收、酚回收、氨回收装置各三套。 表 31 各主要装置生产能力 序号 装置名称 单台 （系列） 生产能力 系列数 备注 1 备煤 530t/h(入炉煤 ) 3 2 煤气化 44000Nm3/h 45 40+5 3 CO变换、冷却 218700Nm3/h 6 4 低温甲醇洗 336500Nm3/h 6 5 甲烷化 220xx0Nm3/h 6 6 空分装置 45000Nm3/h 6 透平驱动 7 硫回收 3 8 酚回收 6 9 氨回收 3 操作 制度 本项目建成后每天运行 24小时，年操作时间为 8000 小时，约 333 天。 产品方案 表 32 产品方案 类别 项目 数量 单位 主产品 天然气 400000 104 m3/a 副 产 品 焦油 51 104 t/a 石脑油 10 104 t/a 粗酚 6 104 t/a 硫磺 10 104 t/a 液氨 5 104 t/a 年操作时间 8000 小时 15 4 工艺技术方案 传统的煤制天然气工艺路线为煤气化生产合成气，合成气经过甲烷化反应生成甲烷— 合成天然气。 这一传统工艺技 术成熟，计算的热效率为 %。 催化蒸汽气化技术：是 EXXON公司在二十世纪七十年代开发的，用碳酸钾（碱过渡金属氧化物或碱土）作为催化剂，煤与水蒸汽反应生产甲烷，计算热效率达到 %。 氢气化技术 (hydrogasification)：这一技术的计算热效率达到 %。 第一种通过煤气化转化天然气技术是成熟的工业化技术，而后两种煤转化天然气技术是在研究开发阶段的新技术。 目前国内在建和开展前期研究的煤制天然气项目均采用第一种成熟的煤气化、甲烷转化过程的工艺技术。 工艺流程如下图： 图 41 煤制 天然气工艺流程 碎煤 蒸汽 氧气 气 化 炉 洗 涤 冷 却 器 废 热 锅 炉 低 温 变 换 低 温 甲 醇 洗 甲 醇 再 生 塔 甲 烷 化 反 应 器 废 热 锅 炉 脱 酸 塔 萃 取 塔 蒸 氨 塔 精 馏 塔 克 劳 斯 硫 回 收 气 液 分 离 器 压缩机 油 水 分 离 器 气罐 焦油 石脑油 硫磺 粗 酚 液 氨 废 水 处 理 16 空分装置 空分装置的作用是为煤气化装置提供所需的氧气和以及公用工程所需的低压氮气 、仪表空气 和工厂空气。 本装置原材料为空气，由 六 套单系列制氧能力为 45,000Nm3/h的空分系统组成，以与煤气化装置相匹配，总的供氧能力为 270,000Nm3/h。 空分技术经过 100余年的不断发展，现在已步入大型全低压流程的阶段，能耗不断降低。 大型全低压空分装置整个流程由空气压缩、空气预冷、空气净化、空气分离、产品输送所组成，其特点是： （ 1）采用高效的两级精馏制取高纯度的 氧气和氮气； （ 2）采用增压透平膨胀机，利用气体膨胀的输出功直接带动增压风机以节省能耗，提高制冷量。 （ 3）热交换器采用高效的铝板翅式换热器，使结构紧凑，传热效率高。 （ 4）采用分子筛净化空气，具有流程简单、操作简便、运行稳定、安全可靠等优点，大大延长装置的连续运转周期。 由于产品氧气的用户对氧气的压力有一定要求，纯氧又是一种强氧化介质，氧气的增压工艺常常成为研究的一个重点。 氧的增压有两种方式，即采用氧气压缩机和液氧泵，前者压缩介质为气氧，在冷箱外压缩；后者压缩介质为液氧，在冷箱内压缩。 分别成为外增压流程 和内增压流程。 最近制造厂又推出双泵内压流程，即根据用户对高压氧气、高压氮气的要求，分别用液氧泵、液氮泵在冷箱内压缩、气化后输出，其投资省、维修费用低、安全可靠性高。 世界上大型空分设备制造厂比较著名的有德国林德公司（ Linde）、美国空气产品和化学品公司（ APCI）、法国空气液化公司（ Air Liquide）等。 法液空的分子筛是立式双层环形床结构，其余两家是卧式双层扁平床。 冷箱内管道、容器材料一般都用铝合金，法液空是用不锈钢（板翅式换热器除外）。 各公司对精馏塔的研究大多数致力于其结构、效率以及气液流向等方 面，以减小塔径，降低塔高。 过去精馏塔板多采用筛板塔，现开发了金属规整填料塔。 我国的空分制造厂与上述拥有世界一流技术的空分设备公司都建立了长期的技术合作关系，通过消化吸收，拥有自主知识产权，能合作制造大型空分设备。 工艺技术方案的比较和选择 从能耗上看，相同制氧能力空分装置，采用内压缩流程和外压缩流程的实际功耗相 17 近。 因为，尽管内增压流程使用了增压机来提供系统的部分制冷量，理论上要多消耗约3%的压缩功；但是增压机的效率比氧压机高，氧压机实际运行往往偏离其设计工况；两者实际的功耗是很接近的。 从安 全方面分析，尽管外增压流程的使用也比较普遍，氧气压缩机的设计和制造水平不断提高；但是统计数据表明，国内用户使用的氧压机 (包括进口氧压机 )有多台次发生过燃烧事故，而内增压流程从未出现过类似事故。 从投资上看，两种流程相接近，内增压流程稍低一些。 此外，使用液氧泵的内增压流程比使用氧压机的外增压流程操作、管理更为方便，维修工作量少，占地也少。 因此，本研究推荐内压缩流程。 本项目的煤气化装置采用并联运行，为了便于煤气化装置的运行和管理，并尽量节约投资，采用 6系列 45000Nm3/h空分装置并联运行的方式。 工艺流程说明 从大气吸入的空气经空气过滤器滤去灰尘与杂质后，入空气压缩机加压至 （ A），然后进入空气冷却塔。 空气在空冷塔下段，被循环冷却水逆流接触而降温。 然后通过上段与经 污氮及冷水机组 冷却的冷冻水逆流接触，降温至 12℃ 入分子筛吸附器，清除空气中的水份、二氧化碳和碳氢化合物。 净化空气分成二股：一股直接进入冷箱经主换热器被冷却至接近露点，入精馏塔下塔进行预分离，另一股导入空气增压机。 从增压机的中间级抽出一股空气进入膨胀机进行绝热膨胀制冷，然后导入 下 塔，补充装置运行所需的冷量；其余的从增压机的最终 级压出，在 高压换热器 中与高压液氧（一部分与高压液氮）换热而液化，然后节流降压，节流后的气体并入下塔，液体空气直接导往上塔分离或一部分先入下塔预分离。 从主冷凝蒸发器抽出液氧，复热气化后出冷箱，作为产品氧气送煤气化装置。 从主冷凝蒸发器抽出液氮，复热气化后出冷箱，作为产品氮气送煤气化装置。 由 下 塔顶部抽出 （ G）纯氮气，经主换热器复热后出冷箱， 作为 低压产品氮气供 全厂用户。 上塔上部引出的不纯氮气，经换热器复热后出冷箱。 由于其干燥无水，除作为分子筛再生用氮外，入水冷却塔，能使一部分水汽化从而使循环冷却 水得到冷却。 煤气化装置 目前国内外开发的煤气化技术有多种，其中大型工业化有代表性的工艺技术有：以鲁奇为代表的固定床，以温克勒、灰熔聚为代表的流化床、以 Texaco为代表的湿法气流 18 床和以 shell和 GSP为代表的干法气流床工艺技术等。 工艺技术方案的比较与选择 （ 1）德士古 (Texaco)水煤浆气化工艺 Texaco水煤浆气化工艺为第二代先进煤气化技术。 美国 Texaco公司很早就开发了以天然气和重油为原料生产合成气技术，经多年研究以后，推出了水煤浆气化工艺。 该工艺采用水煤浆进料、液态排渣、 在气流床中加压气化，水煤浆与纯氧在高温高压下反应生成煤气。 国内引进的渭河、鲁南、上海焦化、淮南四套装置，现均已投运， Texaco水煤浆气化工艺具有如下特点： 对煤种有一定适应性，除了含水高的褐煤以外，各种烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣均可作为气化原料，以年轻烟煤为主，对煤的粒度、粘结性、硫含量没有严格要求； 气化压力高。 工业装置使用压力在 ～ ，可根据使用煤气的用途加以选择； 气化技术成熟。 制备的水煤浆可用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。 气化炉为专门设计的热壁炉，为维持 1350～ 1400℃温度下反应，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。 热回收有激冷和废锅两种类型，可以煤气用途加以选择； 对环境影响较小。 气化过程不产生焦油、萘、酚等污染物，故废水治理简单，易达到排放指标。 高温排出的融渣，冷却固化后可用于建筑材料，填埋时对环境也无影响。 （ 2） Shell干粉煤加压气化工艺 Shell煤气化工艺属干法气流床气化工艺，其以干煤粉进料，纯氧作气化剂，液态排渣。 干煤粉由少量的氮气（或二氧化碳）吹入气化炉，该炉型对煤粉的粒度有一定要求（ 75%通过 200目），煤粉需要经热风干燥（含水小于 2%），以免粉煤结团， 尤其对含水量高的煤种更需要干燥。 气化火焰中心温度随煤种不同约在 1600～ 2200℃之间，出炉煤气温度约为 1400～ 1700℃。 产生的高温煤气夹带的细灰尚有一定的黏结性，所以出炉时需与一部分冷却后的循环煤气混合，将其激冷至 900℃左右后再导入废热锅炉，产生高压过热蒸汽。 干煤气中的有效成分 CO＋ H2可高达 90％以上，甲烷含量很低。 煤中约有 83％以上的热能转化为有效气，大约有 15％左右的热能以高压蒸汽的形式回收。 加压气流床粉煤气化（ Shell炉）是 20世纪末实现工业化的新型煤气化技术，是 21世纪煤炭气化的主要发 展途径之一。 其特点是： 对煤种适应广，可使任何煤种完全转化； 由于采用高温加压气化，因此其热效率很高； 由于是加压操作，所以设备单位容积产气能力提高； 由于气化在高温下进行，且原料粒度很小，影响环境的副产物很少； 19 （ 3） GSP干煤粉气化工艺 GSP工艺是一种气流床加压气化工艺（属第二代气化工艺），可以使用固体（干煤粉或垃圾）、液体（焦油等）、气体（天然气等）为原料，原则上可以处理各种各样的煤和废物，气化温度为 1400～ 1600℃（当煤灰熔点 T31400℃需加助熔剂），气化压力通常为～ ，负荷变化为 75～ 110%，碳转化率～ 99%，液态排渣，渣中含碳～ 1%，粗煤气中有效气含量～ 90%，冷煤气效率为 78～ 85%，单炉开工率 90～ 95%。 目前正在开发 400MW的气化炉（投煤量约 20xx吨）。 该工艺的主要特点是：干煤粉进料，加压二氧化碳输送，连续性好，煤种适应性广，可以处理各种含灰燃料 1～ 35%；气化温度约 1400～ 1600℃，气化压力～ ，碳转化率高达 99%以上；产品气体洁净，甲烷含量极低，煤气中有效气体 (CO+H2)～ 90%。 氧耗低，与水煤浆气化相比，氧耗低 10～ 15%，因 而配套的空分装置投资可相应减少。 上述三种工艺的优点是气化效率高，煤种适应性广，但是主要用在化肥或煤制甲醇、二甲醚工程，合成气中甲烷量极少，增加了变换和甲烷化装置投资，耗氧和能耗高。 根据本工程的特点，煤气化工艺宜选用 Lurgi加压气化工艺。 鲁奇加压气化工艺 该工艺是一种固定层块煤气化工艺，主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，采用粒度为 850mm，活性好不粘结的烟煤或褐煤为原料，在固定床中用氧与蒸汽连续气化生产煤气。 气化压力 ，温度在 900～ 1050℃之间，采用固态排渣方式运行。 煤气中约含 65%（ CO+H2）、 9%的 CH4，并含 C焦油等。 因此， Lurgi工艺适宜于城市煤气或煤制天然气的生产。 工艺特点如下： (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 Shell气化的 1/2 Texaco水煤浆气化的 1/13，投资仅为 Shell、 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 CO、 H2合成甲烷。 而其他气化工艺生产的合成气， CO+H2高达 90%、甲烷 %，与此相比，该气化工。