【技术】煤制天然气四种气化技术选型探讨
以煤为原料生产化工产品的煤气化技术很多，按照气固相之间相接触的方式不同，可将煤气化工艺分为三类，分别有固定床气化、气流床气化和流化床气化工艺。自20世纪50年代加压煤气化技术实现工业化以来，随着科技的发展，煤气化技术也日趋先进和成熟。目前已成功开发了煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化效率高、污染少的多种新一代煤气化工艺。
煤气化技术的选择，必须根据项目所在地的原料特性、技术风险、投资、能耗进行综合比较，通过企业自己的实力与产品定位，通盘考虑、审慎决策。总之，没有最好的气化方案，只有最适合的气化方案。选择成熟、合理的气化方案必将产生更大的经济、环保与节能减排效益。本文选取具有代表性的、工艺成熟、应用广泛的气流床和固定床气化技术：Shell方案、提质+E-gas方案、碎煤加压气化方案以及碎煤熔渣加压气化（BGL）方案，重点从原料适应性、气化规模、技术可靠性、投资及能耗方面进行分析论证，选择合适的煤气化技术方案，以提高项目的技术可靠性、经济性，降低投资风险。
1原料煤适应性比较
不同的煤气化工艺要求有不同煤种特性。项目拟使用的煤种性质见下表。
不同煤种有不同的适应工艺。从上表可以看出，原料煤全水和内水含量较高，煤种特性为灰分适中（空气干燥基灰含量为15.36%，质量分数）、灰熔点较低（流动温度1220℃）。
①Shell气化方案对煤质的适应性较广，本项目的灰含量为15.36%，对采用膜式水冷壁的气化炉来说较为有利。
②E-gas水煤浆气化要求原煤成浆性指标D≤10，根据煤炭成浆性计算得到其收到基原煤成浆性指标，属于较难成浆的煤种。如采用水煤浆气化，可先对原料煤进行提质干燥，得到的半焦产品制得水煤浆的浓度为63%。
③碎煤加压气化供煤条件较苛刻，要求块煤以5～50mm的粒度进料，一般要求热稳定性≥70%，黏结指数≤4。
综上所述，从各气化工艺的要求的煤质来看，除了E-GAS水煤浆气化须采用褐煤提质满足成浆性要求，其他气化工艺均适应该煤种。
2气化规模比较
项目规模决定了项目必须是多台气化炉并联操作，单台气化炉的能力是影响气化技术比的一个关键指标，选择能力较大的炉型可以减少气化炉台数，节约占地和投资。根据装置规模及气化炉能力确定项目配置气化炉数量。由于气化原理及操作条件的不同，四种气化方案生产的粗煤气量及组成各异，四种气化工艺代表炉型产粗煤气的情况见下表。
3四种气化方案优缺点
Shell工艺、碎煤加压气化工艺、BGL工艺目前国内均有正在运行的装置，E-gas工艺在国内只有一套在建装置，暂无运行业绩。Shell工艺的可靠性目前正在向越来越好的方向发展，最长运行周期目前已能达到170d。碎煤加压气化技术的运行业绩最多，运行时间长，其运行情况国内有多家工厂可以进行调研。
3.1碎煤加压气化技术
碎煤固定床加压气化是加压固定床气化的代表，在20世纪30年代已工业化，是成熟的气化方法，目前国内外都有使用，在设计、安装和运行方面均已取得丰富经验。碎煤固定床加压气化具有开停车简单、检修周期短、生产运行经验丰富等特点，能够达到长周期稳定运行，单炉连续稳定运行时间可达200d以上。
存在的主要问题:
①碎煤加压气化要求入炉煤的粒径在6～50mm，块煤进料，对煤的灰熔点、机械强度、热稳定性、结焦性、黏结指数等均有要求。
②废水量大，成分复杂，含有的苯、酚及油类等多种有机物，处理难度大，污水治理流程长，运行成本高。
3.2BGL气化技术
与碎煤固定床加压气化固态排渣相比，BGL气化技术汽氧比低，蒸汽分解率高，蒸汽消耗低，煤气化废水产出量低。因为控制较高炉温，粗煤气中CO2含量降低。
存在的主要问题：①气化炉检修时间相对较长，一般为15d左右。②入炉煤的粒径在6～50mm，块煤进料，对煤的灰熔点、机械强度、热稳定性、结焦性、黏结指数等均有要求。③废水量但废水浓度高，成分复杂，处理难度大，污水治理流程长，废水处理需要较高成本。④热稳定性差的煤种在气化炉干燥过程中易粉化，影响气化强度，造成气化炉负荷受到限制。
3.3Shell气化技术
单炉处理能力大，粗煤气有效成分（CO+H2）高达90%左右，煤种适应范围广，对煤质无特别要求。自国内引进该技术以来，通过多年探索改进和消化吸收，大型气化炉（投煤量公称能力2000t/d及以上）的运行时间和运行负荷也得到了长足进步。
存在的主要问题:Shell为干法进料气化工艺，由于原料煤水分高，磨煤干燥能耗高于其他工艺。
3.4E-gas气化技术
E-gas煤气化工艺的飞灰循环到气化炉重新气化，因此它的碳转化率比一段式水煤浆气化技术更高;通过调节二段水煤浆进料、汽水等流量可实现合成气中CH4含量在2%～10%范围内调节。故它对于生产煤基合成天然气项目具有更大故优势。
存在的主要问题:①E-gas水煤浆气化要求原煤成浆性指标D≤10，如采用水煤浆气化，需通过提质处理。②目前在国内还没有E-gas气化的运行业绩。对于其运行可靠性还需要进一步考察。
4投资及能耗比较
4.1投资估算
四种方案的全厂投资估算见下表。
建设投资包括固定资产投资、无形资产投资、其他资产投资。其中固定资产投资包括主装置、辅助生产装置、公用工程、储运、服务性工程等投资。
4.2能耗比较
项目主要能耗指标对比见下表。
5结论
综上所述，从四种气化艺的煤质角度来看，除了E-gas水煤浆气化须采用褐煤提质满足成浆性要求外，其他气化工艺均适应该煤种。四种气化工艺除了E-gas在国内还没有气化的运行实例，其他三种气化工艺均在国内有运行，其中BGL气化工艺在国内运行效果暂时还不理想，不能达到长周期稳定运行，可靠性还有待观察。
Shell煤气化技术和碎煤加压气化在国内都能够达到长周期稳定运行，可靠性高。本项目产品为SNG，要求煤气化所产的粗合成气中甲烷含量应尽可能的高。这样的优点在于:生产同样能力的合成天然气有效气（CO+H2）用量较少，下游工艺装置的规模也可以相应减小。
碎煤加压气化的粗煤气中甲烷含量达10%以上，粗煤气中甲烷含量的提高降低了后续装置的负荷，相应降低了装置规模，无论是在总投资还是千标准立方米能耗方面都比Shell煤气化技术有很大优势，可作为SNG产品定位项目优先选择的对象。在经济性方面有很大优势。（原载《河南化工》，原题《煤制天然气气化技术选择探讨》）