张明，张福亭
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］煤制天然气项目气化工艺选择时，鲁奇碎煤加压气化工艺颇受青睐。结合几种主流气化工艺在煤制天然气项目或煤化工项目中的应用情况，通过对鲁奇碎煤加压气化工艺、水煤浆气化工艺、粉煤气化工艺的对比分析，得出鲁奇碎煤加压气化工艺应用于煤制天然气项目在煤种适应范围、主装置建设成本、运行经济性等方面更具优势的结论，同时指出鲁奇碎煤加压气化工艺应用于煤制天然气项目存在气化废水难处理、粉煤大量过剩等不足之处，并提出解决鲁奇碎煤加压气化工艺应用中存在问题的思路——与电站结合，或与其他气化工艺在产业链上相配合，或通过粉煤成型技术将过剩的粉煤转化成型煤。
［关键词］煤制天然气项目；鲁奇碎煤加压气化工艺；水煤浆气化工艺；粉煤气化工艺；对比分析；优势；不足
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）06-0005-04
0 引 言
间接煤制天然气是通过煤气化将煤转化为合成气（主要含CO和H2）或含一定量低碳烃的粗合成气，粗合成气经变换冷却系统调整氢碳比为约3.0，再经低温甲醇洗系统脱硫脱碳后送甲烷合成系统合成甲烷（CO甲烷化反应CO+3H2===CH4+H2O，△H=-206 MJ/kmol；CO2甲烷化反应CO2+4H2====CH4+2H2O，△H=-165 MJ/kmol），得到甲烷含量＞96%、氢含量＜3%的替代天然气产品（合成天然气）。
煤制天然气项目气化工艺选择时，鲁奇碎煤加压气化工艺颇受青睐。美国大平原合成燃料厂煤制天然气项目采用鲁奇碎煤加压气化工艺，国内已建成投产的新疆庆华能源集团有限公司煤制天然气项目、内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司煤制天然气项目、伊犁新天煤化工有限责任公司煤制天然气项目以及在建的辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司煤制天然气项目均采用鲁奇碎煤加压气化工艺。
大多数煤制天然气项目都选择了鲁奇碎煤加压气化工艺，表明该工艺能够适应煤制天然气装置的生产要求。为了更深入地了解鲁奇碎煤加压气化工艺在煤制天然气项目中应用的优势与不足，以下就鲁奇碎煤加压气化工艺与水煤浆气化工艺、粉煤气化工艺进行对比分析。
1 应用于煤制天然气项目的优势
1.1 煤种适应范围广
鲁奇碎煤加压气化工艺在国内应用较广，技术也十分成熟，其原料适应范围非常广，除黏结性较强的烟煤外，从褐煤到无烟煤，几乎适用于所有煤种。煤制天然气项目基于原料成本及产品特点的原因，原料几乎都选用褐煤、长焰煤等低阶煤。首先，低阶煤价格低廉，可明显降低煤制天然气的生产成本；其次，低阶煤挥发分含量高，挥发分在热解过程中分解出的甲烷是煤制天然气装置的产品气；再次，我国政策层面鼓励建设低热值煤炭清洁利用和加工转化项目。美国大平原合成燃料厂煤制天然气项目的原料煤为褐煤，内蒙古大唐克旗煤制天然气项目的原料煤为褐煤，新疆庆华煤制天然气项目、伊犁新天煤制天然气项目原料煤为长焰煤。低阶煤煤化程度低，有内水高、灰分低、氧碳比高、亲水官能团多、内部空隙发达等特点，这些特点使得煤的可磨性系数小；煤的可磨性系数小，制粉难度大，同时内水高、氧碳比高、可磨性系数小又是煤成浆性差的主要原因。因此，气流床气化炉对低阶煤的适应性较差，而鲁奇碎煤加压气化工艺要求入炉煤的粒径范围为6～100 mm，粒径范围大，原料煤无需磨制，不受可磨性系数的影响，其对煤种的适应范围广。
1.2 主装置建设成本低
1.2.1 甲烷化装置
鲁奇碎煤加压气化炉气化过程如图1所示。煤进入鲁奇碎煤加压气化炉后，按温度从低到高的顺序自上而下依次经过炉内干燥层（室温～300 ℃）、干馏层（300～600 ℃）、气化层（约850 ℃）、燃烧层（800～1 000 ℃）、灰层（1 000～1 100 ℃），气化剂（氧气和过热蒸汽）则自下而上依次经过灰层、燃烧层、气化层、干馏层、干燥层。鲁奇碎煤加压气化炉出口粗煤气中的甲烷含量高于其他气化工艺，其原因主要有三点：第一，在鲁奇碎煤加压气化炉内，只有燃烧层有氧气参与反应，燃烧层以上各层均为无氧环境，干馏层产生的甲烷和下层来的煤气一起经过干燥层后进入粗煤气洗涤系统，整个过程均没有氧气参与，且煤气在与煤逆流接触过程中温度逐渐下降，避免了甲烷的氧化反应和分解反应；第二，鲁奇碎煤加压气化炉操作温度低，气化层温度约850 ℃，相较于气流床气化炉反应区温度高达1 200～1 400 ℃，更有利于甲烷的生成反应
更多内容详见《中氮肥》2022年第6期