鄧永斌，王二成

(大唐克旗煤制天然氣公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

大唐克旗煤制天然氣公司運(yùn)營(yíng)著國(guó)內(nèi)首套煤制天然氣裝置，此裝置也是首個(gè)國(guó)家級(jí)示范項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)近10 年的運(yùn)行示范，探索出了劣質(zhì)褐煤清潔利用新途徑，同時(shí)也對(duì)中國(guó)能源安全戰(zhàn)略的實(shí)施提供了可復(fù)制的模板。本文即主要介紹其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

1 碎煤加壓氣化爐是劣質(zhì)褐煤制天然氣的關(guān)鍵

碎煤加壓氣化工藝是目前世界上應(yīng)用最多的加壓氣化方法之一。該工藝具有流程成熟可靠、煤氣中甲烷含量高、氧耗低、氣化強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是劣質(zhì)褐煤制天然氣的首選煤氣化技術(shù)。劣質(zhì)褐煤采用該技術(shù)氣化還有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：

(1)高活性褐煤在碎煤加壓氣化爐中反應(yīng)效率高。一方面褐煤具有揮發(fā)分高、結(jié)構(gòu)疏松等特點(diǎn)，在氣化爐內(nèi)干餾層即脫去揮發(fā)分。當(dāng)褐煤到達(dá)氣化層時(shí)，生成的煤焦具有豐富的孔隙，反應(yīng)的比表面積大，氣固相反應(yīng)的擴(kuò)散阻力小，氣化劑更容易擴(kuò)散到煤焦內(nèi)孔中去，氣化速度加快，生成的煤氣中有效氣成分含量更高。另一方面，由于褐煤機(jī)械強(qiáng)度差，在氣化爐內(nèi)高溫氣氛中易失水碎裂導(dǎo)致煤的粒度進(jìn)一步減小，增大了表面積，在動(dòng)力學(xué)控制區(qū)的吸附和擴(kuò)散速度更快，也更有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行。

(2)采用碎煤加壓氣化工藝能直接制得高含量的終端產(chǎn)品——甲烷。從大唐克旗煤制天然氣公司使用的劣質(zhì)褐煤來(lái)看，褐煤的低位發(fā)熱量?jī)H為11.70～13.79 MJ/kg，褐煤的固定碳含量較少，入爐后氣化反應(yīng)快、燃燒時(shí)間短，爐內(nèi)氣化溫度低，有利于甲烷生成反應(yīng)的進(jìn)行，煤氣組成中甲烷含量增大，其甲烷產(chǎn)量占最終產(chǎn)品天然氣組成的45%～48%。這一特點(diǎn)直接降低了后續(xù)生產(chǎn)裝置的建設(shè)規(guī)模，極大減少了項(xiàng)目的投資水平。

(3)褐煤灰分含量低，可降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。褐煤的灰分含量較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他煤種。同時(shí)由于其粘結(jié)性較小和氣化溫度低，氣化后產(chǎn)生的灰渣粒度較小，并含有一定的粉灰，爐渣的排出量較少，隨爐渣排出的殘?zhí)亢蜐摕岜厝粶p少，從而降低了能耗和運(yùn)輸成本。

(4)褐煤價(jià)格相對(duì)低廉，制氣的經(jīng)濟(jì)效益良好。由于褐煤成煤年限較短，屬于高水分、高揮發(fā)性、低熱值煤，因此其價(jià)格低廉，僅為無(wú)煙煤售價(jià)的1/4～1/5。用其生產(chǎn)天然氣的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煙煤和無(wú)煙煤等，所以選擇褐煤為氣化原料時(shí)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 加強(qiáng)褐煤原料管控是提升碎煤加壓氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)

由于褐煤煤化程度低、著火點(diǎn)較低、煤質(zhì)疏松且易碎裂，其特點(diǎn)是易揚(yáng)塵和自燃。因此如何集中力量攻克碎煤加壓氣化工藝以劣質(zhì)褐煤為原料時(shí)的適應(yīng)性，提高碎煤加壓氣化工藝運(yùn)行水平，是實(shí)現(xiàn)資源清潔利用的首要問(wèn)題。從克旗煤制天然氣公司的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：

(1)嚴(yán)控入廠煤質(zhì)和煤的粒度。根據(jù)煤質(zhì)的不同特性，對(duì)入場(chǎng)煤進(jìn)行分堆存放，要在保證煤場(chǎng)庫(kù)存量的同時(shí)，避免超量存儲(chǔ)；要建立煤場(chǎng)褐煤存放示意圖和臺(tái)賬，科學(xué)調(diào)配摻燒，保證入爐煤質(zhì)穩(wěn)定。

(2)煤場(chǎng)全覆蓋定期測(cè)溫。褐煤儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)要及時(shí)翻堆并分層壓實(shí)；定期檢查消防、除塵系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)，嚴(yán)格控制褐煤輸送過(guò)程中產(chǎn)生的煤粉塵；此外還要堅(jiān)持儲(chǔ)新用舊、縮短存期原則，防止褐煤變質(zhì)，減少自燃損失。

(3)嚴(yán)控輸送過(guò)程中煤粉外泄。在褐煤通過(guò)膠帶進(jìn)入氣化爐煤倉(cāng)后，要采用惰性氣體保護(hù)煤倉(cāng)，確保煤倉(cāng)安全；在氣化爐加煤過(guò)程中產(chǎn)生的煤粉通過(guò)引射器抽出，再經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后統(tǒng)一收集回用，確保加煤過(guò)程中不產(chǎn)生煤粉外泄情況。

(4)建立膠帶定期看煤制度。通過(guò)觀察膠帶，如發(fā)現(xiàn)粉煤較多時(shí)，馬上采取變換或增加振動(dòng)篩，或者更換上煤摻燒比例。為防止煤種混有大塊雜物，在篩分樓前設(shè)置除雜物機(jī)，避免堵塞氣化爐加煤溜槽。為防止鐵器等鈍器損壞氣化爐錐閥、爐篦、刮刀等，在輸煤膠帶上設(shè)置有除鐵器。

3 碎煤加壓氣化工藝的廢水處理是煤制天然氣項(xiàng)目的難點(diǎn)

由于碎煤加壓氣化的溫度較低，粗煤氣中含有部分焦油、酚、氨等雜質(zhì)，并在冷卻過(guò)程中隨水一起排出系統(tǒng)。清潔煤化工要做到“零”排放，除了要達(dá)到國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的排放指標(biāo)外，碎煤加壓氣化污水的處理和回用是整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)。大唐克旗煤制天然氣公司這方面的主要運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)如下：

(1)針對(duì)性設(shè)置了煤氣水分離裝置單元。通過(guò)煤氣水分離裝置對(duì)氣化產(chǎn)生的煤氣水進(jìn)行初步分離處理。在該單元利用節(jié)流膨脹的原理，將溶解在煤氣水中的氣體分離出來(lái)，并且利用無(wú)壓重力沉降分離原理，根據(jù)不同組分的密度差，將煤氣水中各組分進(jìn)行初步分離并回收各類油品。

(2)改進(jìn)和放大酚氨回收裝置建設(shè)規(guī)模。結(jié)合碎煤加壓氣化工藝廢水處理特點(diǎn)，根據(jù)煤制天然氣裝置建設(shè)規(guī)模，對(duì)傳統(tǒng)酚氨回收裝置工藝進(jìn)行改進(jìn)和放大。酚氨回收裝置采用二異丙基醚萃取脫酚工藝處理來(lái)自煤氣水分離單元的含酚廢水，先脫酸、脫氨，然后再脫酚，處理后的廢水送入生化處理系統(tǒng)。同時(shí)裝置副產(chǎn)粗酚和氨水，氨水送往煙氣脫硫。

(3)不斷突破污水處理裝置的各類瓶頸。從污水處理裝置規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行到改進(jìn)優(yōu)化，大唐克旗煤制天然氣公司做了大量卓有成效的工作。當(dāng)前，污水處理裝置按工藝段劃分為有機(jī)污水處理、回用水處理、濃鹽水處理三部分。各類廢水通過(guò)綜合調(diào)節(jié)池均質(zhì)后進(jìn)入水解酸化池，分解難降解物質(zhì)，提高廢水可生化性，然后進(jìn)入A/O池進(jìn)行好氧處理，有效去除CODcr、NH3-N、酚類等污染物。處理后的廢水再經(jīng)過(guò)絮凝吸附和臭氧催化氧化，去除難降解的有機(jī)物質(zhì)，然后進(jìn)入曝氣生物濾池進(jìn)一步降低廢水COD含量?；赜盟幚矶尾捎谩敖](méi)式超濾+反滲透”處理工藝，超濾產(chǎn)水一部分補(bǔ)入濁循環(huán)系統(tǒng)，一部分經(jīng)反滲透產(chǎn)水回用至新鮮水系統(tǒng)。濃鹽水處理段再通過(guò)“超濾+納濾+反滲透”工藝進(jìn)行脫鹽處理，產(chǎn)水作為新鮮水補(bǔ)充水，濃水通過(guò)多效蒸發(fā)裝置生產(chǎn)出固體鹽，有效脫除廢水中有機(jī)物及鹽類物質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)了廢水的完全“零排放”。

4 合成天然氣是褐煤清潔利用的有效終端產(chǎn)品

褐煤經(jīng)碎煤加壓氣化后產(chǎn)出的粗煤氣經(jīng)過(guò)部分變換和工藝廢熱回收后進(jìn)入低溫甲醇洗單元。粗煤氣在低溫甲醇洗單元脫除硫化物和其他雜質(zhì)后送入甲烷化單元。在甲烷化單元，全部CO和留存的部分CO2與H2在催化劑作用下，在多級(jí)反應(yīng)器中發(fā)生甲烷化反應(yīng)，生成甲烷和水，并放出大量的熱用來(lái)副產(chǎn)蒸汽。產(chǎn)品氣最終經(jīng)分水、加壓、干燥后通過(guò)長(zhǎng)輸管線送達(dá)用戶。

甲烷化合成核心在于催化劑。甲烷化裝置一直以來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間都是采用工藝包提供商的催化劑。鑒于進(jìn)口催化劑技術(shù)封鎖，生產(chǎn)成本高，采購(gòu)周期長(zhǎng)等不利因素，大唐克旗煤制天然氣公司聯(lián)合國(guó)內(nèi)研究院和催化劑生產(chǎn)單位，開(kāi)發(fā)了DTC-M1S甲烷化催化劑。經(jīng)試用和評(píng)估，DTC-M1S甲烷化催化劑完全滿足甲烷合成反應(yīng)要求，催化劑活性和運(yùn)行壓差均優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品，各項(xiàng)指標(biāo)均相對(duì)穩(wěn)定，可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。

總之，煤制天然氣不僅是我國(guó)清潔煤化工的一個(gè)發(fā)展方向，更是為劣質(zhì)褐煤的清潔高效利用開(kāi)創(chuàng)了一種全新途徑。大唐克旗煤制天然氣公司作為國(guó)內(nèi)首套煤制天然氣裝置和首個(gè)國(guó)家示范項(xiàng)目，在項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中盡管遇到了諸多的困難，但經(jīng)過(guò)近10年技術(shù)和管理上的不斷探索實(shí)踐與改進(jìn)創(chuàng)新，特別是近3年在各項(xiàng)瓶頸問(wèn)題上的突破，已經(jīng)解決了以劣質(zhì)褐煤為原料的碎煤加壓氣化制取天然氣工藝的一系列問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)了示范引領(lǐng)作用。