煤气化方案比选分析报告.doc

1、中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题1目 录1、概述1.1 比选依据1.2 比选基准1.3 比选范围2、设计基础2.1 原料煤、燃料煤煤质分析数据2.2 煤种煤质特点3、煤质适用性分析与比较4、四种煤气化工艺分析与比较4.1 GSP 气化工艺4.2 MK+气化工艺（ MK4 气化工艺）4.3 碎煤气化工艺4.4 GSP 气化技术特点4.5 三种固定床气化技术的特点4.6 四种气化工艺主要参数比较5、四种气化工艺方案全流程分析与比较5.1 GSP 气化方案5.2 MK+气化（ MK4 气化）方案5.3 碎煤气化方案5.4 四种气化方案全流程主要参数比较6、四种气化工艺投资及技术经济分析与

2、比较6.1 四种气化工艺投资比较6.2 四种气化工艺技术经济比较7、四种气化工艺环保符合特性分析与比较7.1 四种气化工艺的污水差异7.2 四种气化工艺污水处理方案7.3 四种气化炉污水处理及回用处理规模及投资（含蒸发结晶）中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题27.4 四种气化工艺的气体排放8、四种气化工艺成熟度可靠性分析与比较8.1 GSP气化工艺成熟可靠性8.2 MK4 气化技术成熟可靠性8.3 碎煤气化技术成熟可靠性8.4 MK气化技术成熟可靠性9、四种气化工艺国产化程度分析与比较9.1 GSP 气化工艺国产化程度9.2 MK4 气化工艺国产化程度9.3 碎煤气化工艺国产化程度9

3、.4 MK气化工艺国产化程度10、四种气化工艺大件设备制造和运输分析与比较11、四种气化工艺的风险分析与比较11.1 GSP气化工艺的风险分析11.2 MK4气化工艺的风险分析11.3 碎煤气化工艺的风险分析11.4 MK气化工艺的风险分析12、能效指标比较13、综合比较14、附件中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题31、概述中国电力投资集团公司（以下简称中电投）拟在新疆伊犁建设煤制天然气项目。利用当地丰富的煤炭资源生产的天然气通过西气东输三线输送到目标市场。厂址位于伊犁霍城县汤姆布拉克，在霍城县东北 6.1km、伊宁市西北 36km处的黄土平原区。 中电投霍城 60 亿立方米/年煤制

4、天然气项目可行性研究报告于 2012 年 4 月经过石油和化学工业规划院组织项目审查；2012 年 5 月申报国家发改委路条；2013 年 3 月获得国家能源局路条批准开展前期工作的涵。煤气化是煤制天然气的核心技术，为了确保该技术的先进性和可靠性，受中电投委托，中国化学工程股份有限公司牵头组织专家，对项目 40 亿立方米/年煤制气规模的煤气化技术进行进一步的比选分析论证。比选的煤气化技术范畴主要针对 GSP 粉煤加压气化（简称 GSP 气化） 、鲁奇 Mk+加压气化（简称 MK+气化） 、鲁奇 MK4 加压气化（简称 MK4 气化）和国内碎煤加压气化（简称碎煤气化）四种煤气化工艺技术。比选内容

5、包括全厂生产运营成本、环保符合特性、投资和经济效益情况、技术成熟可靠性、国产化程度等内容。其中项目全生命周期的持续盈利能力即生产运营成本以及项目环保的约束力是中电投关注的重点。另外 GSP 气化规模减半方案，即 20 亿立方米/年煤制天然气粉煤加压气化方案（简称 GSP 气化 20 亿） ；GSP 气化、MK+气化、MK4 气化和碎煤气化四种气化技术中的超临界发电机组按一机进行了投资、技术经济效益核算，分别简称 GSP 气化一机、MK+气化一机、MK4 气化一机和碎煤气化一机进行分析比较，这五种方案的比较放在附录中，供参考。1.1 比选依据中电投霍城煤制气项目气化工艺技术路线比选工作安排 ；中

6、电投集团对新疆霍城煤制天然气项目气化技术方案比选的要求；中电投新疆能源有限公司提供的有关项目基础资料；中电投新疆能源有限公司提供的有关项目边界条件；中国化学工程股份有限公司与中电投集团签订的新疆霍城煤制天然气项目气化技术方案比选的会议纪要；中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题4东华工程科技股份有限公司编制的中电投霍城 60 亿立方米/年煤制天然气项目技术方案；赛鼎工程有限公司编制的中电投霍城 40 亿立方米/年煤制天然气项目技术方案；西门子公司提供本项目 GSP 气化装置有关设计资料；鲁奇公司提供本项目 MK+气化装置有关设计资料；国产碎煤加压气化技术参考国内同类项目有关数据；国家发改

7、委对本项目允许开展前期工作的批文。1.2 比选基准比选气化成品：40 亿 Nm3/a 煤制天然气(含副产品);年操作时间：年操作时间 8000h，50 万 Nm3/h；煤制天然气产品配 2 台 350MW 超临界发电机组外送电力产品；厂外工程配置及投资估算费用基本一致原则；服务性工程配置及投资估算费用基本一致原则；全厂工艺流程采用与煤气化工艺相适应的后续配套工艺技术基本一致原则；全厂公用工程采用与全厂工艺相适应的公用工程配套设施基本一致原则；四种气化（气化工艺除外）项目尽量考虑国产化基本一致原则；项目概算考虑范围、环保排放标准等参照项目可行性研究报告；为了体现客观公正原则，本专题将不同方案在统

8、一基准下进行投资估算，得出不同方案的投资。本专题投资估算的结果仅用于不同方案之间的相对比较，不作为项目建设投资估算的依据。1.3 比选范围比选四种气化工艺配四种方案为：GSP 气化、MK+气化、MK4 气化和碎煤气化.附录中比选四种气化工艺，配五种方案为：采用 1350MW 超临界发电机组；GSP 气化一机、MK+气化一机、MK4 气化一机和碎煤气化一机； GSP气化 40 亿 Nm3/a 和 GSP 气化 20 亿 Nm3/a。中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题5四种气化工艺方案特性比较；气化工艺全流程环保特性比较；气化工艺能耗特性比较；气化工艺气流程投资比较；气化工艺技术经济比较

9、；气化工艺综合参数比较等内容。投资估算范围包括：气化装置、净化装置、甲烷化装置、空分装置等主要生产装置以及公用工程、辅助生产设施和厂前区。厂外工程部分主要是考虑厂外渣场、废水暂存池、厂外供水管线、厂外输煤栈桥、厂外输气支线、危废暂存场、厂外供电及电信和厂外道路。按一致性原则，40 亿立方米/年煤制天然气方案中的服务性工程：包括厂前区办公楼、倒班宿舍、食堂、职工培训楼、换热站及水泵房、配电室及停车场等；厂外工程：输气支线、厂外道路、供水管线、厂外供电及电信。20 亿规模气化方案中的服务性工程按 0.93 亿元计取，厂外工程按 5.75 亿元计取，其包括内容基本一样。2、设计基础2.1 原料煤、燃

10、料煤煤质分析数据本项目采用伊宁矿区北区西部霍城煤，根据煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院对代表性煤样的煤质分析数据见下表。表 1 原料煤、燃料煤煤质分析数据基础煤质数据工业分析， %指标Mt Mad Ad Vd Vdaf FCd数值 20.0 12.0 12.0 36.0 40.0 52.0变化范围 20.06.0 12.06.0 12.06.0 36.03.0 40.03.0 52.04.0元素分析， % 全硫，%指标Cdaf Hdaf Ndaf Odaf Sdaf St,d数值 77.0 4.5 1.35 16.5 0.65 0.6变化范围 77.01.0 4.50.5 1.350.1 1

11、6.52.0 0.650.2 0.60.3煤中微量及有害元素 指标 Asd， g/g Fd，g/g Cld，% Pd，% Hgd，ng/g数值 3 100 0.060 0.040 30变化范围 32 10050 0.0600.030 0.0400.010 3020工艺性质数据煤灰成分，%指标SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O SO3 P2O5中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题6数值 43.0 15.0 11.0 1.0 11.0 4.0 0.7 3.0 5.0 1.0变化范围 43.012.0 15.08.0 11.06.0 1.00.3 1

12、1.08.0 4.04.0 0.70.2 3.02.0 5.03.0 1.00.5煤灰熔融性温度，指标变形温度，DT 软化温度，ST 半球温度，HT 流动温度，FT数值 1200 1240 1260 1280变化范围 120080 124080 126080 128080煤灰粘度，Pa.s指标1200 1250 1300 1350 1400 1500数值 180 140 100 60 40 5变化范围 180150 140120 100100 6060 4040 55煤对二氧化碳反应性， ，%指标800 850 900 950 1000 1050 1100数值 25.0 45.0 70.0 8

13、0.0 90.0 95.0 98.0变化范围 25.010.0 45.010.0 70.010.0 80.010.0 90.010.0 95.05.0 98.02.0格金， % 热稳定性， %指标Waterad Tar,ad CRad 焦型 TS+6 TS3-6 TS-3数值 15.0 7.0 68.0 55.0 35.0 10.0变化范围 15.02.0 7.02.0 68.02.0 BC 55.010.0 35.08.0 10.02.0结渣性， % 发热量， MJ/kg 可磨指数 落下强度，%指标0.1 m/s 0.2 m/s 0.3 m/s Qgr,d Qnet,ar HGI SS数值

14、20.0 30.0 60.0 27.5 19.0 65 85.0变化范围 20.012.0 30.012.0 60.012.0 27.54.0 19.05.0 6520 85.010.02.2 煤种煤质特点本项目采用的伊宁矿区北区西部霍城煤，根据煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院对代表性煤质数据分析表明，该煤以低变质长焰煤为主，收到基水含量（M t 20.06.0）较高，内水分含量（M ad 12.06.0%） 、挥发份（V daf 40.03.0%）较高，灰分（A d 12.06.0%） 、硫分（S t, d 0.60.3）以及发热量（Q net, ar 19.05.0MJ/kg）较低，灰熔

15、点（DT 120080，ST 124080，HT 126080，128080）较低，可磨性中等（HGI 6520） ，热稳定性低（TS +6 55.010.0%） 。3、煤质适用性分析与比较不同的气化工艺技术对原料煤煤质有着不同的要求，煤质的适用性决定着气化工艺路线选择的合理性。本次煤种煤质适用性分析主要针对 GSP 气化、MK+气化、MK4 气化和碎煤气化四种气化技术。由霍城煤质分析数据表明该煤以低变质长焰煤为主，主要有以下特点：低中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题7位发热量偏低（19.05.0MJ/kg） ，所选气化工艺的煤耗会稍偏高；收到基含水量(20.0 6.0wt%)、内水

16、分含量较高(12.0 6.0wt%)，消耗氧量会偏高；硫含量较低（0.60.3%） ，硫回收及脱硫脱碳装置负荷小，能耗低；灰熔点较低（DT 120080、ST 124080、HT 126080、FT 128080） ，气化氧耗低。灰渣的粘温特性较好，1400时煤灰粘度为 40Pa.s，适合粉煤气化挂渣操作。表2 GSP气化技术对煤质的适应性分析GSP气化对原料煤的要求 对应项目煤质情况灰熔点低于1450 FT=128080，整体灰熔融性温度不高灰分不低于2%，经济的灰分含量不高于 20% Ad=12.06.0，整体为特低灰低灰煤的可磨性越高越经济 HGI=65，中等可磨需对煤进行干燥，根据煤质

17、不同控制入炉煤水分为2%12% Mt=20.06.0，磨煤同时进行干燥即可表 3 三种固定床 气化技术（MK+ 气化、MK4 气化和碎煤气化 ）对煤质的适应性分析固定床气化对原料煤的要求 对应项目煤质情况550mm 粒度 块煤率 30%60%，需对部分粉煤进行成型。氧化氛下 ST 大于 1200 DT：1200，ST：1240，熔融性温度间差较小，操作要求很高要求非强粘结性 暂无分析，初步判断粘结性不强良好的热稳定性和机械稳定性平均热稳定性 TS+6=55%基本满足要求，但占全区煤量81.9%的主采煤层煤热稳定性较差；抗碎强度 SS=85.0%满足要求水和灰的总和低于 55% Mt=20.06

18、.0，Ad=12.06.0，水和灰的总和满足霍城煤制天然气项目煤炭资源开采情况见下表：表 4 中电投新疆霍城煤炭资源开采统计矿井 建设规模 单位肖尔布拉克西矿井 600 万吨/年界梁子南矿井 240 万吨/年界梁子北矿井 240 万吨/年南台子矿井 800 万吨/年肖尔布拉克矿井 600 万吨/年合计 2480 万吨/年矿井生产的煤炭按 50%块煤和 50%粉煤计算，则四种技术方案对煤炭资源的利用情况如下：中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题8表 5 四种技术方案的煤炭资源利用分析序号 项 目 单位 GSP 气化 MK+气化 碎煤气化 MK4 气化1 原料煤消耗 万 t/a 1181

19、1063.5 1145.2 1145.22 燃料煤消耗 万 t/a 286.3 481.8 580 5803 总煤耗 万 t/a 1467.3 1545.3 1725.2 1725.24 剩余块煤 1012.7 176.5 94.8 94.85 剩余粉煤 0 758.2 660.0 660.0对 GSP 气化基本不受该煤种特性的影响，且原料煤的灰分较低、灰熔点较低、可磨性较好，对煤质的适应性较好。对常压固定床气化，热稳定性是有要求的，指标60（TS+6 为55.010.0%） ，此种热稳定性对固定床加压气化要摸索操作条件，积累经验；对煤灰熔融性软化温度也是有要求的。国外鲁奇炉要求煤灰熔融性软化

20、温度ST1200 ，而国内碎煤气化要求 ST1150，该煤种的煤灰熔融性温度间差较小，整体较低（124080） ，但基本能满足鲁奇炉要求。考虑到煤灰熔点较低，在运行中要适当调整汽氧比，在满足干法排渣的需求前提下，选择合适的气化炉温非常重要；伊宁矿区北区西部霍城煤矿开采的煤矿，目前不能保证原料煤块煤和粉煤的比例正好符合固定床对块煤和锅炉对粉煤的需求匹配，存在不确定性。4、四种煤气化工艺分析与比较4.1 GSP 气化工艺GSP 气化工艺于 1975 年由前民主德国 GDR 燃料研究所开发，1984 年在德国黑水泵市 Laubag 建成第一套 200MW 的商业装置，用于生产甲醇和联合循环发电，投煤

21、量 720 吨/日，属气流床加压气化技术。该技术已被德国西门子收购，成为西门子德国燃料气化技术有限公司。该技术采用干煤粉进料，合成气全激冷流程。设有原料煤粉制备、粉煤密相输送系统、气化反应系统、排渣系统、粗合成气处理系统和黑水处理系统等工序。目前国内已建成的气化炉投煤量为2000t/d，在神华宁煤煤制烯烃项目中应用。GSP 气化对原料煤适应性较宽，石油焦、气煤、烟煤、无烟煤、焦炭、软硬褐煤以及市政垃圾等均能用作气化原料。气化温度可达 1400，采用全激冷流程。有效气体 CO+H2 达 90%左右，甲烷含量较低，气化炉结构采用水冷壁，中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题9无耐火砖衬里，维

22、修简单等。GSP 气化炉主要特点：组合式气化喷嘴、气化炉上部为反应室、下部为激冷室，合成气下行；激冷室若干激冷水喷头，喷水激冷降温、合成气骤冷至220后被引出；水冷壁为水进水出，加热水在废锅内与锅炉给水换热副产低压蒸汽。4.2 MK+气化工艺（MK4 气化工艺）鲁奇公司推出的第四代 FBDB 气化炉 MK+。MK+气化以增加气化炉生产能力(为 MK4 的两倍)；提高设计压力到 6.0MPa.G，以保证气化过程更好的经济性，同时控制与此开发相关的风险为目标。在更高压力下，MK+主要改进项目：煤锁、气化炉、灰锁系统、洗涤冷却器、废热锅炉、下游冷却系统等。最显著的改进为；采用双煤锁、使用气化炉缓冲容

23、积，实现煤锁全面控制；增加床层高度，改进气化炉内件(包括炉箅、波斯曼套筒、粗合成气出口、内夹套)，以及鲁奇专有的煤分布器和搅拌器。鲁奇气化炉 MK+和 MK4 区别见下表。表 6 鲁奇气化炉 MK+和 M4 主要参数比较序号 项 目 MK4 MK+1 设计压力/MPa.G 4.0 6.02 外径/m 4.13 5.053 总高/m 12.5 17.04 最大气体负荷/Nm 3/h 干气 60000 1200005 合成气中甲烷（每吨干燥无灰基煤） ，% 100 1206 氧耗（每吨干燥无灰基煤)， % 100 917 蒸汽消耗（每吨干燥无灰基煤)，% 100 928 煤气水量（每吨干燥无灰基煤

24、） ，% 100 859 焦油 较高 较低10 轻油 较低 较高11 石脑油 较低 较高12 SNG 理论当量 CH4+(H2+CO)/4 较低 较高4.3 碎煤气化工艺中国从上世纪 50 年代开始研究碎煤加压气化工艺。60 年代初，在东北煤气化研究所建了一套工业试验装置，对沈北褐煤等煤种进行了气化试验，取得了一套完整数据。80 年代初，中国煤炭科学研究院又建了一套试验装置，对哈尔滨长焰煤、龙口褐煤及蔚县烟煤等煤种的试烧。基于国内对碎煤加压气化工艺的研究成果，并结合引进鲁奇炉的经验，设计了国产碎煤加压气化炉。据不完中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题10全统计，国内设计完成的国产碎煤加

25、压气化炉（相当于 M4 衍生型）气化炉已超过 150 台，这些气化炉主要用于煤制天然气、煤制合成油等项目。国内碎煤加压气化工艺采用的是国内开发的酚回收、氨回收和水处理技术。从目前投产的项目来看，在建项目的废水处理效果还有待进一步验证。碎煤气化炉主要特点：需使用弱黏结性煤，特别是褐煤等劣质煤、需较高的灰熔点、块煤粒度为 550mm，固态排渣、煤与气化剂逆向流动、甲烷含量为 812、3800 炉子、单炉最大投煤量为 950t/d，副产一定量的焦油、酚、氨初级副产品。4.4 GSP 气化技术特点GSP 气化主要优点如下：煤种适应性强：该技术采用干煤粉作气化原料，不受成浆性的影响；由于气化温度高，可以

26、气化高灰熔点的煤，故对煤种的适应性更为广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可使用，也可以两种煤掺混使用。即使是高水份、高灰份、高硫含量和高灰熔点的煤种基本都能进行气化；环境友好：气化温度高，有机物分解彻底，无有害气体排放；污水排放量少，污水中有害物质含量低，易于处理，可以达到污水零排放； 技术指标优越：气化温度高，一般在 13501750。碳转化率可达99，不含重烃，合成气中 CO+H2 高达 90以上，冷煤气效率高达 80以上（依煤种及操作条件的不同有所差异） ；工艺流程短、操作方便：采用粉煤激冷流程，流程简洁；设备连续运行周期长，维护量小；开、停车时间短，操作方便；自动化水平

27、高，整个系统操作简单，安全可靠；装置大型化：气化炉大型化，设备台数少，维护、运行费用低。GSP 气化主要缺点：投资较高：相对于水煤浆气化、固定床碎煤加压气化，气化装置投资较高；合成气甲烷含量低：气化产生的合成气中只含微量甲烷，用于合成天然气，和固定床碎煤加压气化相比，空分装置规模较大，下游工艺装置也较大。4.5 三种固定床气化技术的特点中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题11三种固定床气化技术主要优点如下：原料适应范围广，不粘结或弱粘结性、灰熔点较高的褐煤或活性好的次烟煤、贫煤等多煤种可作为其气化原料；可气化水分、灰分较高的劣质煤；气化年轻的煤时，有焦油、轻质油及粗酚等多种副产品物；氧

28、耗低，空分装置较小；粗合成气中甲烷及有机物含量较高，生产 SNG 产品时，配套的主装置的投资较少；气化压力在 3.2MPa 以下的工业化运行装置较多。三种固定床气化技术主要缺点如下：要求采用块煤作为原料，且要求煤的热稳定性和机械强度较好；蒸汽消耗量大，尤其是采用灰熔点较低的煤作为原料，需大量蒸汽来控制炉温避免炉渣熔化。较低蒸汽分解率造成了大量的废水；较多副产物的分离、收集以及处置等，增加了工艺流程的复杂性和环保的风险；环保压力大，气化废水中酚、氨等物质含量较高，水质波动较大，一旦处理不当生化系统被破坏，需半年左右的时间污水处理系统才能恢复生产；操作管理要求严格，气化操作主要依赖操作人员的经验判

29、断，对操作工的技术水平要求较高；气化炉结构复杂，炉体内部的分布器和炉箅等转动部件以及锁渣阀等所处环境较为恶劣，运行维护量大。表 7 三种固定床主要技术特点比较项目 M4 气化 碎煤气化 MK+气化操作压力（MPa.G） 4.0 4.0 5.1合成气中甲烷含量 略低 略低 略高氧耗 略高 略高 略低蒸汽消耗 略高 略高 略低废水量 略高 略高 略低焦油产量 略高 略高 略低中油产量 略低 略低 略高石脑油产量 略低 略低 略高技术成熟度相同规格炉型在建装置较多，长周期运行经验较少相同规格炉型在建装置较多，长周期运行经验较少无商业化运行业绩国产化程度 略低 高 略低中国化学工程股份有限公司 煤气化

30、方案比选专题12投资 高 低 中中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题134.6 四种气化工艺主要参数比较表 8 四种煤气化工艺主要参数比较名称 项目或单位 GSP 气化 MK4 气化 碎煤气化 MK+气化气化类型 气流床 固定床 固定床 固定床排渣特征 液态排渣 干灰 干灰 干灰气化煤种 褐煤无烟煤全部煤种 除强黏结性焦煤外全部煤 种 除强黏结性焦煤外全部煤 种 除强黏结性焦煤外全部煤 种灰熔点要求 1500 1200 1200 1200灰分含量 1%25% 6%40% 6%40% 6%40%进料方式 干粉煤 块煤 块煤 块煤粒径、含水量 粒径 94%250m ，含水 2%8% 550

31、mm，块煤，水加灰55% 550mm，块煤，水加灰55% 550mm，块煤，水加灰55%机械强度 / 良好 良好 良好原料要求热稳定性 / 破碎指数不低于 55% 破碎指数不低于 55% 破碎指数不低于 55%气化温度 13501750 9501300 9501300 9501300气化操作压力 MPa（ G） 4.2 4.0 4.0 5.1气化剂 9099%氧气 氧气+蒸汽 氧气+蒸汽 氧气+蒸汽 氧气+蒸汽碳转化率 % 99 99 99 99单炉尺寸 mm 内 3350 外 4130 外 4130 外 5050单炉投煤量 t/d 2000 600900 600900 1750烧嘴配置 顶部

32、组合式单烧嘴下喷，开工烧嘴和工艺烧嘴一体 / / /原料接触方式 原料和气化剂并流 原料和气化剂逆流接触 原料和气化剂逆流接触 原料和气化剂逆流接触气化工艺特点气化炉 内衬水冷壁，燃烧室外壳 有水冷夹套 气化炉由承压外壳、水夹套、加煤系统、排灰系统、 气化炉由承压外壳、水夹套、加煤系统、排灰系统、 气化炉由承压外壳、水夹套、加煤系统、排灰系统、中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题14名称 项目或单位 GSP 气化 MK4 气化 碎煤气化 MK+气化转动的布料器和炉篦组成 转动的布料器和炉篦组成 转动的布料器和炉篦组成气化后工艺 激冷流程 / / /气化炉设备材质 除喷嘴和内件全为碳钢

33、气化炉主体材质碳钢 气化炉主体材质碳钢 气化炉主体材质碳钢装置维护 主要易损件 喷嘴、煤锁阀炉篦、布料器、灰锁顶阀、灰锁底阀、齿轮、刮刀、煤锁阀炉篦、布料器、灰锁顶阀、灰锁底阀、齿轮、刮刀、煤锁阀炉篦、布料器、灰锁顶阀、灰锁底阀、齿轮、刮刀、煤锁阀去变换温度 210 180185 180185 200205CO 6575 1628 1628 1628H2 2028 3640 3640 3640CO2 45 2733 2733 2633CH4+C2 0.05 712 712 814粗煤气成分（ mol）N2 0.81.1 0.5 2 0.5 2 0.5 2氧耗（100%）Nm3/1000Nm3C

34、O+H2+CH4 360370 160240 160240 145220中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题155、四种气化工艺方案全流程分析与比较5.1 GSP 气化方案5.1.1 GSP 生产装置配置GSP 气化全厂工艺流程装置配置，按目前示范工程的模式分为二条线配置若干系列。即每条生产线设计能力是 20 亿 Nm3/年天然气，小时设计能力是 25万 Nm3/h 天然气。一条生产线又可设计二个系列，即每个系列设计能力是 10亿 Nm3/年天然气，小时设计能力是 12.5 万 Nm3/h 天然气。表 9 GSP 气化工艺生产装置配置名 称 一条线配置( 系列) 二条线配置合计(系列)

35、生产规模（亿 Nm3/年） 20 40空分装置（每套 8.5 万 Nm3/h 氧气） 4 8粉煤气化炉（4.2MPa，单炉产合成气（CO+H 2+CH44）13.12 万 Nm3/h） 8 16耐硫变换（单系列 55.0 万 Nm3/h 干气） 2 4低温甲醇洗（单系列 81.33 万 Nm3/h 干气）2 4冷冻 2 4硫回收（单系列产硫磺 80t/d） 1 2甲烷化（单系列 52.0 万 Nm3/h 干气） 2 4天然气干燥 2 4天然气压缩 2 4总发电量：70 万 kW 总供汽量：234t/h超临界发电机组：2350MW 2高温高压锅炉（单台 130t/h） 25.1.2 GSP 气化

36、配置说明主要工艺生产装置包括：气化，空分，CO 变换，脱硫脱碳，甲烷化等。气化工序本工序是将煤转化制备合成气（CO+H 2） ，GSP 是一种气流床加压气化工艺，气化温度为 14001600（当煤灰熔点 T31400 需加助熔剂） ，气化压力为4.0Mpa，负荷变化为 75110%，碳转化率99% ，液态排渣，渣中含碳 1.0g/Nm 3）尤其适用。为防止催化剂反硫化，要求原料气中含有一定硫，操作温度越高，汽气比越大，要求的最低硫含量也相应提高。本工序耐硫变换的合成气约为 220 万 Nm3/h，配置 4 个系列。脱硫脱碳工序本工序是脱除变换气中的 H2S、有机硫及 CO2。其原理利用甲醇在低

37、温下对酸性气体溶解度大的特性，达到脱除 H2S、有机硫及 CO2 酸性气体的目的。由于甲醇的蒸汽压较高，在低温(-30-60 )下操作，CO 2 与 H2S 的溶解度随温度下降而显著地上升，故所需的溶剂量较少。此外甲醇吸收选择性高，在中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题1730下，H 2S 在甲醇中的溶解度为 CO2 的 6.1 倍，故可先脱硫后脱碳，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性地进行。经低温甲醇洗洗涤后，气体净化度高，CO 2 脱至小于 20ppm，H 2S 脱至小于 0.1ppm。本工序进入低温甲醇洗的合成气量约为 325.30 万 Nm3/h，配置 4 个系列。甲烷

38、化工序本工序是将合格的原料气生成甲烷。原料气中的 CO 和极少的 CO2 在一定温度压力下，通过催化剂作用与 H2 反应生成 CH4。甲烷化于 1983 年第一次用于美国大平原煤制天然气工厂。专利商有英国 Davy 公司甲烷化工艺HICOM等。该工艺在压力 3.3MPa、温度 320-620，催化剂作用下进行大量的甲烷化反应，通过一反、二反后原料气转换率可达到 90%以上，然后富甲烷气返回一反入口，用于循环移热，故主反应器发热量大、循环量大。本工序进入甲烷化的原料气约为 208.00 万 Nm3/h，配置 4 个系列。压缩干燥装置天然气压缩选用 4 个系列；冰机选用离心式氨压缩机 4 个系列；

39、二氧化碳压缩选用 4 台蒸汽透平驱动的离心式压缩机；二氧化碳压缩处理二氧化碳气为165000Nm3/h，单机处理能力为 27500 Nm3/h；天然气干燥采用冷冻 +分子筛吸收工艺。5.2 MK+气化（MK4 气化）方案5.2.1 MK+气化（MK4 气化）生产装置配置MK+气化（MK4 气化） 制备天然气总工艺流程配置见下表：表 10 MK+ 气化工艺生产装置配置名称 一条线配置( 系列) 二条线配置合计(系列)生产规模（亿 Nm3/年） 20 40空分装置（每套 4.7 万 Nm3/h 氧气） 3 6MK+气化炉（4.0MPa，单炉投煤量1750t/d，单炉合成气（粗煤气）10.77 万N

40、m3/h）10 20耐硫变换（单系列 48.48 万 Nm3/h 干气） 2 4低温甲醇洗（单系列 49.45 万 Nm3/h 干气） 2 4冷冻 2 4硫回收（单系列产硫磺 72.5t/d） 1 2甲烷化（单系列 31.82 万 Nm3/h 干气） 2 4天然气干燥 2 4天然气压缩 2 4中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题18总发电量：76.82 万 kW总供汽量：1994t/h高温高压锅炉：480t/h，9.8MPa，540 3 6超临界发电机组：2350MW 2配发电机组：330MW 抽凝机组 3表 11 MK4 气化工艺生产装置配置名称 一条线配置( 系列) 二条线配置合计

41、( 系列)生产规模（ 亿 Nm3/年） 20 40空分装置（每套 5.1 万 Nm3/h 氧气） 3 6MK4 气化炉（4.0MPa，单炉投煤量900t/d，单炉合成气（粗煤气）5.52 万Nm3/h）19+2 38+4耐硫变换（单系列 52.45 万 Nm3/h 干气） 2 4低温甲醇洗（单系列 54.45 万 Nm3/h 干气） 2 4冷冻 2 4硫回收（单系列产硫磺 75t/d） 1 2甲烷化（单系列 34.18 万 Nm3/h 干气） 2 4天然气干燥 2 4天然气压缩 2 4总发电量：83.65 万 kW 总供汽量：2819t/h高温高压锅炉：480t/h，9.8MPa，540 7超

42、临界发电机组：2350MW 2配发电机组：530MW 抽凝机组 55.2.2 MK+气化（MK4 气化）配置说明主要工艺装置包括：气化，空分，CO 变换，脱硫脱碳，甲烷化等。气化工序本工序是将煤转化制备合成气（CO+H 2） ，MK+ （MK4 气化）是一种固定床加压气化工艺，气化温度为 9001350，气化压力为 4.0MPa，MK+ 气化炉的设计压力可提高到 6.0MPa.G。气化炉效率指标总转化率大于 99%，冷煤气效率大于 87%，总效率（考虑焦油、轻油和石脑油等副产品）大于 94%。采用MK+气化工艺生产粗合成气。气化装置能力为每小时产有效气（CO+H 2+CH44）200.35 万

43、 Nm3，配置 20 台气化炉。采用 MK4 气化工艺生产粗合成气。气化装置能力为每小时产有效气（CO+H 2+CH44）199.53 万Nm3，MK4 气化配置 42 台气化炉。中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题19空分工序本工序是为 MK+(MK4)气化提供氧气和氮气。MK+气化、MK4 气化工艺需要氧气为 24.5026.5 万 Nm3/h。配置 6 套 4700051000Nm3/h 制氧能力的空分。CO 变换工序本工序是调整 CO 与 H2 的比例。当采用 MK+(MK4)气化工艺时，粗煤气中的 CO 和 H2 比例与 GSP 是不同的，为满足甲烷化的要求，需进行变换反应。

44、本工序进入变换的合成气约为 193.90209.80 万 Nm3/h，配置 4 个系列。脱硫脱碳工序本工序是脱除变换气中的 H2S、有机硫及 CO2。当采用 MK+(MK4)气化工艺时，变换工序过来的酸性气体组分是不同的，为满足甲烷化的要求，需通过低温甲醇洗脱除硫和 CO2。本工序进行低温甲醇洗的变换气约为 198 万Nm3/h，配置 4 个系列。甲烷化工序本工序是将合格的原料气生成甲烷。当采用 MK+(MK4)气化工艺时，进甲烷化工序中 CO 和 H2 的组分是不同的，因此进行甲烷化反应的负荷也是不同的。但都必须使原料气中的 CO 和极少的 CO2 在一定温度下，通过催化剂的作用全部与 H2

45、 反应生成 CH4。本工序进入甲烷化的原料气约为 127.3136.7 万Nm3/h，配置 4 个系列。压缩干燥装置天然气压缩选用 4 个系列；冰机选用离心式氨压缩机 4 个系列；天然气干燥采用冷冻+ 分子筛吸收工艺。5.3 碎煤气化方案5.3.1 碎煤气化生产装置配置关于碎煤气化制备天然气总工艺流程配置见下表：表 12 碎煤气化工艺生产装置配置名称 一条线配置(系列) 二条线配置合计(系列)生产规模（ 亿 Nm3/年） 20 40空分装置（每套 5.1 万 Nm3/h 氧气） 3 6碎煤气化炉（4.0MPa，单炉投煤量 950t/d，单炉合成气（粗煤气）4.76 万 Nm3/h） 21+3

46、42+6耐硫变换（单系列 52.45 万 Nm3/h 干气） 2 4中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题20低温甲醇洗（单系列 54.45 万 Nm3/h 干气） 2 4冷冻 2 4硫回收（单系列产硫磺 75t/d） 1 2甲烷化（单系列 34.18 万 Nm3/h 干气） 2 4天然气干燥 2 4天然气压缩 2 4总发电量：83.65 万 kW总供汽量：2819t/h高温高压锅炉：480t/h，9.8MPa，540 7超临界发电机组：2350MW 2配发电机组：530MW 抽凝机组 55.3.2 碎煤气化配置说明主要工艺装置包括：气化，空分，CO 变换，脱硫脱碳，甲烷化等。气化工序本

47、工序是将煤转化制备合成气（CO+H 2） ，碎煤气化是一种固定床加压气化工艺，气化温度为 9001300，气化压力为 4.0MPa，煤粒 550mm，连续气化。粗煤气中 CO+H2 4952%，CH 4 812%，氧耗 209Nm3/t 煤，蒸汽耗 0.895t/t煤，产油率 2.34%，单炉产粗煤气 3840047300Nm3/h，废水 37t/h，粗煤气产率962Nm3/t 煤。气化装置能力为每小时产有效气（折 CO+H2+CH44）199.53 万Nm3，碎煤气化配置 426（备）台气化炉。空分工序本工序是为碎煤加压气化提供氧气和氮气。碎煤加压气化工艺需要氧气为26.50 万 Nm3/h

48、。配置 6 套 5.1 万 Nm3/h 制氧能力的空分。CO 变换工序本工序是调整 CO 与 H2 的比例。当采用碎煤加压气化工艺时，粗煤气中的CO 和 H 比例与 GSP 是不同的，为满足甲烷化的要求，需进行变换反应。本工序进入变换的合成气约为 209.80 万 Nm3/h，配置 4 个系列。脱硫脱碳工序本工序是脱除变换气中的 H2S、有机硫及 CO2。当采用碎煤加压气化工艺时，变换工序过来的酸性气体组分是不同的，为满足甲烷化的要求，需通过低温甲醇洗脱除硫和 CO2。本工序进入低温甲醇洗的变换气约为 217.80 万 Nm3/h，配置 4 个系列。中国化学工程股份有限公司 煤气化方案比选专题21甲烷化工序本工序