2021年天然氣規(guī)劃利用過(guò)渡措施-“天然氣改質(zhì)”

目前我國(guó)燃?xì)馐聵I(yè)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，改革開(kāi)放2年來(lái)，燃?xì)夤?yīng)總量逐年增加，燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。到1998年底，供氣總量達(dá)到1268．6萬(wàn)億千焦，用氣人口達(dá)到56億人，城市氣化率達(dá)到78％。尤其近年來(lái)，天然氣資源勘探開(kāi)發(fā)取得顯著成就，四川、陜北、新疆和東海天然氣的開(kāi)發(fā)都有了新的進(jìn)展，全國(guó)城市天然氣利用規(guī)劃編制工作已經(jīng)完成。國(guó)家正在制定全國(guó)天然氣規(guī)劃，天然氣將成為下一世紀(jì)城市的主要能源之一。天然氣的發(fā)展標(biāo)志著我國(guó)城市管道煤氣已經(jīng)開(kāi)始從煤制氣、油制氣、液化石油氣向天然氣逐步過(guò)渡。一、上海市天然氣供需概況上海市的燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)將面臨調(diào)整，東海天然氣已進(jìn)入上海并開(kāi)始供氣。1999年底供氣量為8萬(wàn)米3／日，2年計(jì)劃供氣量1萬(wàn)米3／日，21年為12萬(wàn)米3／日，而根據(jù)目前意向有可能達(dá)到16萬(wàn)米3／日。除了東海天然氣，根據(jù)目前全國(guó)供應(yīng)天然氣的規(guī)劃，今后上海市獲得天然氣的主要渠道為“西氣東送”，西部四大氣田的天然氣將從西部沿各城市走向送至上海，規(guī)劃到25年時(shí)氣化人口達(dá)到84萬(wàn)人。二、目前利用天然氣概況l.目前除了部分直供天然氣外，還需要采用非直供方式，直供天然氣的管道轉(zhuǎn)換工作需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。東海天然氣供應(yīng)上海后，除了浦東可直供用氣約3萬(wàn)米3／日外，浦西由于管網(wǎng)改造，用戶設(shè)備更換或資金跟不上，直供天然氣管網(wǎng)改造工作量和投資均相當(dāng)大，還有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的改造時(shí)間。上海的城市煤氣管道有的已超過(guò)1年，以前鋪設(shè)的大多是鑄鐵管道，如從煤制氣改成天然氣后，管道在壓力級(jí)制上存在問(wèn)題；同時(shí)還存在對(duì)氣質(zhì)不宜的問(wèn)題，特別是干氣的到來(lái)，這些舊管道可能會(huì)不適應(yīng)而發(fā)生管道接口漏氣的問(wèn)題，不但改造工作量大、難度大、投資大，而丑需要有很長(zhǎng)的改造工作時(shí)間，需要邊供氣，邊改造。其改造時(shí)間估計(jì)在1年以上，有人估計(jì)可能需要15年時(shí)間。2．非直供方式之一——天然氣直接摻混水煤氣結(jié)果不理想由于天然氣直供方式進(jìn)度不可能很快，為了消化已經(jīng)進(jìn)入上海市的東海天然氣，上海浦東煤氣制氣公司于1999年4月開(kāi)始采用水煤氣摻混天然氣的方法，天然氣消化量為4萬(wàn)米3／日，經(jīng)摻混水煤氣后，所產(chǎn)城市煤氣CO含量達(dá)24％。當(dāng)天然氣熱值波動(dòng)至上限時(shí)，CO含量還要高一些。由于受到CO合量的限制，水煤氣的摻混是有限的，不可能大量摻混使用。三、近期利用天然氣的設(shè)想“天然氣改質(zhì)”對(duì)天然氣進(jìn)行“改質(zhì)”是天然氣非直供方式的另一種選擇，也就是將天然氣改制成符合目前城市煤氣供氣要求的燃?xì)馑M(jìn)行的加工過(guò)程，經(jīng)加工后1M3天然氣可以改制成符合上海城市燃?xì)鉄嶂禈?biāo)準(zhǔn)38千卡／米3(高熱值)的燃?xì)?．2M3，設(shè)備可采用經(jīng)過(guò)改造的重油制氣爐。這種改制過(guò)程的特點(diǎn)為1)工藝流程簡(jiǎn)單，它與輕油氣化爐可以互通，也就是說(shuō)同一臺(tái)爐子，既可以用天然氣作原料，也可以用輕油或LPG作原料。2)熱效率高，可以達(dá)到9％。3)符合環(huán)保要求，排出的“三廢”不需另行處理，均能達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。4)上馬快，當(dāng)年改造，當(dāng)年即可投產(chǎn)。5)投資小，只需化少量改造費(fèi)用。6)成本低。與煤制氣和重油制氣相比，單位燃?xì)獾某杀究陕詼p一些。無(wú)論工廠和居民均有承受能力。7)產(chǎn)生的燃?xì)夥铣鞘腥細(xì)馐褂靡?，特別是燃?xì)庵械腃O含量＜15％，燃?xì)獗戎貎H．5左右。8)可以作為天然氣大量涌入城市，直供條件尚不完備，以管道煤制氣為主氣源城市的應(yīng)急措施或較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)渡氣源。上海吳凇煤氣制氣有限公司擬對(duì)2臺(tái)重油制氣爐進(jìn)行改造，處理天然氣3萬(wàn)米3／日，產(chǎn)生改質(zhì)氣(Q商＝38千卡／米3)一66萬(wàn)米3／日。在天然氣改質(zhì)的同時(shí)，該廠還可以向市內(nèi)多輸送煤氣約4萬(wàn)米3／日。四、“天然氣改質(zhì)”工藝方案1，工藝方案天然氣改質(zhì)工藝流程基本上是在重油制氣工藝流程基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化而來(lái)。取消了整套凈化及化產(chǎn)回收車間及繁雜的污水處理系統(tǒng)，同重油制氣工藝最大不同之處在于制氣爐體有些變動(dòng)。重油制氣裝置大多為逆流反應(yīng)裝置，而天然氣改質(zhì)是順流式反應(yīng)裝置。當(dāng)使用重油時(shí)，由于制氣階段沉積在催化劑層的碳多，利用這些碳的燃燒來(lái)補(bǔ)充熱量是不成問(wèn)題的，相比之下，采用天然氣原料因沉積在催化劑層的碳極少，故對(duì)保持蓄熱式裝置反應(yīng)溫度稍差一些，因此應(yīng)采用能吸收熱量大的催化劑層進(jìn)行直接加熱的順流式裝置，在順流式的.制氣裝置中，煙氣及煤氣的顯熱均可以通過(guò)同一臺(tái)廢熱鍋爐回收，蒸汽自給率1％，只需開(kāi)工時(shí)提供啟動(dòng)蒸氣即可。制氣工藝采用低壓間歇循環(huán)催化裂解工藝，生產(chǎn)燃?xì)獾拇呋磻?yīng)是指天然氣與水蒸汽反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氫、一氧化碳、二氧化碳的反應(yīng)，即所謂水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。其中反應(yīng)過(guò)程以吸熱反應(yīng)為主，其熱量由天然氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馓峁?。制氣爐生產(chǎn)過(guò)程主要由加熱及制氣兩大部分組成。制氣系統(tǒng)主體工藝設(shè)備是雙筒式間歇循環(huán)催化蓄熱裂解制氣爐(簡(jiǎn)稱制氣爐)，由燃燒室、反應(yīng)室組成。整個(gè)制氣過(guò)程主要分鼓風(fēng)加熱期和制氣期循環(huán)交替進(jìn)行。在加熱期和制氣期之間設(shè)有空氣吹掃和蒸汽吹掃階段，兩臺(tái)制氣爐聯(lián)鎖運(yùn)行，即第一臺(tái)爐處于加熱階段時(shí)，第二臺(tái)爐正處于制氣階段，根據(jù)工藝操作可選擇適合的周期時(shí)間及操作階段。一般取3—4分鐘一個(gè)循環(huán)。2．爐子改造方案將原重油制氣爐改造成為雙筒爐，即保留反應(yīng)器和蒸蓄器，砍掉空蓄器及其它不必要的設(shè)備，在蒸蓄器底側(cè)新添置燃燒室，爐子內(nèi)部得以改造，催化劑的設(shè)置和格子磚的架設(shè)符合天然氣改質(zhì)的要求，廢熱鍋爐重新設(shè)計(jì)。本改造方案特點(diǎn)如下A.流程簡(jiǎn)單，使整個(gè)爐區(qū)布置緊湊；B.和新設(shè)計(jì)爐子爐型、流程基本接近，有利于操作，其生產(chǎn)指標(biāo)較為先進(jìn)；C.原吳煤公司爐型為翁尼亞——蓋奇重油爐，改造后接近翁尼亞——蓋奇輕油爐，也和目前香港馬頭角制氣廠使用的翁尼亞——蓋奇輕油制氣爐雷同。D.只增加少量設(shè)備，投資不大。3，催化劑催化劑在天然氣改制催化反應(yīng)制氣工藝中起著關(guān)鍵作用，它能促進(jìn)原料與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，提高制氣效率，改善燃?xì)馄焚|(zhì)。制氣過(guò)程中，催化劑需在高溫、高蒸汽分壓和強(qiáng)烈的氧化、還氧氣氛下，經(jīng)受劇烈的溫度聚變、氣流的高速?zèng)_劇以及硫等毒性物質(zhì)的毒害。因此，對(duì)于催化劑的熱穩(wěn)定性、催化活性和抗毒性要求很高。對(duì)于世界上大多數(shù)間歇循環(huán)催化制氣工藝而言，不論重油制氣還是天然氣改質(zhì)制氣，其觸媒均采用鎳系催化劑，所不同之處僅是鎳含量、載體和外觀不同而已。天然氣改質(zhì)可以選用氧化鋁和氧化硅為載體的鎳催化劑，并已能國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)。五、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1，處理天然氣量3萬(wàn)米3／日2．產(chǎn)生成品氣量66萬(wàn)米3／日3．成品性質(zhì)高熱值15．9MJ／m3(38kcal／m3)比重(空氣為1)～O.52華白數(shù)W～22．41MJ／m3(5352kcal／m3)燃燒勢(shì)CP～86設(shè)計(jì)指標(biāo)加熱原料／制氣原料3／l過(guò)程蒸汽／制氣原料1:5循環(huán)時(shí)間4分鐘各階段時(shí)間分配如下階段鼓風(fēng)加熱空氣吹凈制氣蒸汽吹凈合計(jì)百分比45％3％45％7％1％4．原料天然氣組成CH4CnHmCO2N2Q高(kcal／m3)87．35％7．67％22％．76％95635．成品氣組成CH4COCnHmCo2H2N2O219．94％ll.35％．57％8．87％411％1.74％．42％6，氣化效率87％熱效率9％7，總投資4萬(wàn)元六、問(wèn)題討論采用天然氣改質(zhì)方案作為過(guò)渡氣源在經(jīng)濟(jì)上損失多少?gòu)目傮w上看，采用天然氣改質(zhì)作為過(guò)渡氣源，需要將天然氣經(jīng)過(guò)熱加工、化學(xué)加工會(huì)損失1％的熱量，這筆帳怎么算A.以天然氣原料價(jià)格6元／米3計(jì)，加工成本(包括輸送電耗、廠站折舊、人工費(fèi)，加上熱損失等)每立方米天然氣為O．35元／米3。合計(jì)成本約為2．元／米3，1米3天然氣改質(zhì)后產(chǎn)生2米3成品氣，則改質(zhì)氣成本為．9元／米3(Q高＝38kcal／m3)，包括其它費(fèi)用在內(nèi)綜合成本可視為1．元／米3。它比目前用重油煤氣或煤制氣的出廠成本相比要便宜1％以上，也就是說(shuō)，目前的煤制氣廠、油制氣廠采用天然氣替代這些原料或燃料具有替代價(jià)值可以改善虧損。對(duì)工廠和居民均有承受能力。B．上海的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，大多為舊管道，使用時(shí)間大多在2年以上，有的舊管道已達(dá)到5—1年，也即基本上在無(wú)償使用階段，如直供天然氣采用新燃?xì)夤艿阑蚋脑旌蟮墓艿溃枰ㄙM(fèi)大筆資金，這些費(fèi)用的折舊均需攤?cè)肴細(xì)獬杀局?，新管道大都為鋼管，壽命期?年。如果新建管網(wǎng)，改造管網(wǎng)及附屬設(shè)施投資以每戶1元計(jì)，上海吳淞公司以消化天然氣量3萬(wàn)米3／日計(jì)，估計(jì)可供6萬(wàn)戶，其簡(jiǎn)單折算如下6×1＝6萬(wàn)元＝6億管道以2年折舊，每年折舊3萬(wàn)元。每米3煤氣攤折舊費(fèi)＝3/(3*365)＝.28元／米3從上述可見(jiàn)改質(zhì)方案的加工成本.35元／米3和過(guò)渡期節(jié)省的折舊費(fèi)．28元／米3相比，僅增費(fèi)用．7元／米3，也即損失5％熱量。2．對(duì)于天然氣直供方案，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)所需的改造時(shí)間究竟多少天然氣采用直供無(wú)疑是最好的方案，但是對(duì)于象上海這樣的大城市需要逐步實(shí)施，因?yàn)樵芯用竦墓獠?/p>