發(fā)展城市煤層氣的可行性分析

發(fā)展城市煤層氣的可行性分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)居民的生活質(zhì)量也顯著提高。在我國(guó)的很多中小城市,人們生活大多使用液化石油氣,但隨著國(guó)際石油價(jià)格的大幅飆升,液化氣價(jià)格也由4～5元/kg漲到8～9元/kg,每戶居民月消費(fèi)大致在30到50元左右。而我國(guó)是富煤貧油的國(guó)家,近20年,煤炭在我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占70%以上,隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略的調(diào)整,煤炭在一次能源中的比例略微下降。但隨著原油價(jià)格的上漲,我國(guó)的能源戰(zhàn)略又有所改變。近年的煤氣價(jià)格每方在1.2元左右,按每個(gè)家庭月用氣20方左右,一月也就是在20多元。這就為發(fā)展城市煤氣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。再者,許多工業(yè)用戶因?yàn)槊簹獾娜鄙?致使其產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量上不去,這也為煤制氣提供了一定的條件。1采用短煤氣化技術(shù)的城市煤氣現(xiàn)在世界上的煤制氣的成熟工藝有很多,在我國(guó)應(yīng)用最多的是魯奇碎煤加壓氣化法,它可適用于泥煤、褐煤、次煙煤、長(zhǎng)焰煤、貧煤、及各種煤種。單爐產(chǎn)氣量可達(dá)75000m3(標(biāo))/h,是大城市制城市煤氣的首選。在義馬、哈爾濱、蘭州等地均使用魯奇氣化爐。它們都是為省會(huì)城市供氣,它需要大型的空分系統(tǒng)和后續(xù)的氣體凈化系統(tǒng),加上技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi),投資數(shù)額較大。另外,還有各種粉煤氣化工藝在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用,如殼牌粉煤氣化技術(shù)、朝鮮的恩德粉煤氣化技術(shù),還有完全立足國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的循環(huán)流化床粉煤氣化技術(shù),已在天津堿廠,平煤飛行化工開(kāi)車(chē)成功,以上的煤氣化技術(shù)主要應(yīng)用在合成氣,煤制油制氫方面,制氣量大、投資額大,不適合中小城市用氣要求。在這里我所推薦的是兩段式煤氣發(fā)生爐制氣工藝。根據(jù)氣化段工藝的不同,兩段爐可分為兩類(lèi):發(fā)生爐型屬于連續(xù)鼓風(fēng),低溫干餾生產(chǎn)低發(fā)熱值為6～8MJ/m3的煤氣;水煤氣型屬于循環(huán)鼓風(fēng),低溫干餾生產(chǎn)低發(fā)熱值為12～16MJ/m3的煤氣。我國(guó)城市煤氣規(guī)范規(guī)定:城市煤氣熱值(低發(fā)熱值)大于l4.65MJ/m3(標(biāo))。循環(huán)鼓風(fēng)生產(chǎn)的水煤氣用柴油稍微增熱便達(dá)到城市煤氣熱值標(biāo)準(zhǔn)。而發(fā)生爐型可作工業(yè)燃料煤氣之用。所以中小城市用城市煤氣選擇的工藝為水煤氣型兩段爐。兩段爐是一種以煙煤為原料,在常壓下將煙煤干餾和氣化集中在同一氣化爐內(nèi)完成的完全氣化裝置。兩段爐是由干餾段和氣化段組成。單段爐由于爐內(nèi)料層高度有限,干餾段較薄,高溫氣化段出來(lái)的煤氣很快地通過(guò)干鎦段,未能充分換熱,爐出口煤氣溫度高,冷卻煤氣需耗用大量的冷卻水。另外煙煤作氣化原料時(shí),干餾產(chǎn)生的焦油混入煤氣之中,由于焦油中的瀝青含量和游離碳含量高質(zhì)地粘稠,與水分離困難,至今未找到合適的用途。故單段爐存在的兩大問(wèn)題——焦油利用和水耗量大的問(wèn)題,產(chǎn)生大量的含酚污水,煤氣能量難以回收。兩段爐可以基本解決單段爐存在的這些問(wèn)題。單段水煤氣生產(chǎn)要求用低揮發(fā)的煤,一般只能用無(wú)煙煤;兩段爐由于有干餾段,進(jìn)入氣化層是已脫去揮發(fā)份的半焦,完全能滿足水煤氣生產(chǎn)的需要,解決了水煤氣生產(chǎn)的原料問(wèn)題。2煤的性質(zhì)及熱性能可用褐煤、長(zhǎng)焰煤及弱粘結(jié)煤等年輕單種煤為原料,但對(duì)原煤的塊度、自由膨脹序數(shù)和灰熔點(diǎn)要求嚴(yán)格。(1)塊度:入爐煤粒度必須是小塊或中塊,如15～40mm,20～40mm,粒度比在3以下,并要求不含粉末。有的地區(qū)達(dá)不到上述條件的,可以作型煤代替。(2)只能使用非粘結(jié)性或弱粘結(jié)性煤,自由膨脹系數(shù)最好為0.5～2.5,或羅加指數(shù)應(yīng)控制在15～20。粘結(jié)性高,會(huì)使氣化爐結(jié)焦,嚴(yán)重的可使氣化爐堵住。(3)灰熔點(diǎn):T2>1250℃(4)灰分:含量小于18%為最好。(5)水分:含量小于10%,最高允許的水分為30%,否則干餾段吸熱太大,無(wú)法正常生產(chǎn)。(6)揮發(fā)份:揮發(fā)份越高所生成的煤氣質(zhì)量就越好。一般在30%～40%之間。因?yàn)樵显诟绅s段內(nèi)被緩慢加熱,對(duì)原料煤的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性要求比單段爐低。(7)硫分:越低越好,不超過(guò)1.2%,城市煤氣規(guī)定的硫化氫允許含量1～2g/Nm3。3空氣、蒸氣料氣應(yīng)化段原煤在干餾段內(nèi)低溫干餾,生成半焦落入氣化段,再用空氣、水蒸氣間歇制取水煤氣。其工作循環(huán)由五個(gè)階段組成,即為吹風(fēng)階段、蒸汽吹凈階段、上吹制氣階段和二次上吹階段。3.1空氣壓燃劑干餾段由爐底送入的一次空氣風(fēng)壓約為14.7kPa,與氣化內(nèi)熱半焦進(jìn)行反應(yīng),產(chǎn)生部分氧化燃燒。生成的吹風(fēng)氣中含一定量的CO,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下熱值約為3786kJ/m3左右,溫度約為650℃～680℃。吹風(fēng)氣進(jìn)入干餾段隔墻通氣道,對(duì)上部煤層進(jìn)行外熱干餾。為了充分利用熱能,由通氣道排出的吹風(fēng)氣進(jìn)入過(guò)熱器(增熱器)、固定器及廢熱鍋爐供應(yīng)二次空氣和三次空氣。在增熱器中使50%CO燃燒,將其中的格子磚加熱到850℃左右。增熱器在上、下吹制氣時(shí),可噴入增熱油,利用所蓄熱量使增熱油裂解以增加煤氣熱值。殘余的CO在燃燒室頂部和引入的三次空氣燃燒,使燃燒室內(nèi)格子磚被加熱到850℃左右,然后廢氣進(jìn)入廢熱鍋爐,回收熱量后,降溫到250℃左右由煙囪放空。干餾段產(chǎn)生的干餾氣,當(dāng)其壓力超過(guò)水封壓力時(shí),則通過(guò)水封進(jìn)入冷卻凈化系統(tǒng)。3.2吹凈步驟以蒸汽代替空氣,其流程和吹風(fēng)階段相同。3.3煤氣的干餾及煙氣冷卻當(dāng)氣化段燃燒層溫度達(dá)1200℃～1250℃時(shí),由爐底送入200℃～300℃的過(guò)熱蒸汽,進(jìn)行上吹制氣。生成的水煤氣通過(guò)干餾段的煤層,對(duì)原料煤進(jìn)行內(nèi)熱干餾,產(chǎn)生的干餾氣和水煤氣混合的二重煤氣。此二重煤氣再通過(guò)過(guò)熱器、增熱器及固定器,使干餾氣中的重?zé)N在850℃格子磚裂解,并使液態(tài)產(chǎn)物完全氣化。然后,在洗滌塔中冷卻至80℃～90℃,進(jìn)入電濾器,除去煤氣中的焦油霧;再經(jīng)間接冷卻器,冷卻至30℃,再進(jìn)入電濾器,除去煤氣中的輕油,最后冷凈煤氣進(jìn)入氣柜。3.4氣化反應(yīng)低壓蒸汽經(jīng)固定器、增熱器預(yù)熱到650℃,進(jìn)入氣化爐上部的下煤氣出口,經(jīng)過(guò)干餾段隔墻通氣道,進(jìn)入氣化層,與半焦發(fā)生氣化反應(yīng)。生成的煤氣溫度為400℃～450℃,由氣化爐底部引出。干餾段中由于外熱干餾而生成的干餾氣與下行煤氣一起進(jìn)入洗滌器,冷卻到80℃～90℃,再依次進(jìn)入電濾器、冷卻器和電濾器,最后得到冷凈煤氣入氣柜,當(dāng)焦層溫度達(dá)800℃時(shí),停止下吹。3.5吹凈步驟蒸汽由爐底吹入,以吹凈爐底及管線中的殘余煤氣。吹凈路線與上吹制氣相同。4循環(huán)鼓風(fēng)段爐的生產(chǎn)兩段爐使用煤種的不同,一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間為180～240s不等。(1)波蘭波茲南煤氣廠中三臺(tái)Φ3.0m循環(huán)鼓風(fēng)兩段爐的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1(使用匹茲堡8#煤)。(2)大同煤礦煤氣廠中三臺(tái)Φ3.3m循環(huán)鼓風(fēng)兩段爐的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2(大同煤)。5低發(fā)熱值煤氣產(chǎn)品,容易達(dá)到城市煤氣熱值低發(fā)熱值的要求以波蘭波茲南煤氣廠為例,其氣化指標(biāo)見(jiàn)表3。從以上可以看出產(chǎn)品煤氣經(jīng)過(guò)增熱器后,很容易達(dá)到城市煤氣熱值(低發(fā)熱值)14.65MJ/m3(標(biāo))。6煤炭企業(yè)采用合成氣的方法解決制氣難題循環(huán)鼓風(fēng)兩段爐在城市周?chē)鷽](méi)有焦?fàn)t煤氣的情況下,是一個(gè)比較理想的生產(chǎn)城市煤氣的工藝。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷提高,近年發(fā)展的兩段式干煤粉加壓氣