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煤制天然气工艺能耗分析及节能措施探讨陈改霞刘小坤

发表时间：2021/4/16 来源：《中国科技信息》2021年5月作者：陈改霞刘小坤

[导读] 随着时代的进步，能源问题已经升级为全球高度关注的课题。能源短缺现象日益严重，不仅如此，由于能源引发的各项矛盾也比较突出。

兖矿新疆煤化工有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市陈改霞刘小坤 830000

摘要：随着时代的进步，能源问题已经升级为全球高度关注的课题。能源短缺现象日益严重，不仅如此，由于能源引发的各项矛盾也比较突出。面对形式多变的能源市场，天然气以清洁、高效的“姿态”出现在人们视野之中，备受市场欢迎。许多企业积极投入到以煤为原料制取天然气的大型能源项目之中，得到国家的大力支持。本文主要对煤制合成天然气装置能源消耗和节能途径进行分析与探讨，旨在找到更好的节能降耗方法。
关键词：煤制天然气；工艺能耗；节能措施
        引言：基于防治大气污染的环境保护趋势与中国天然气需求量的持续增长以及煤炭行业的持续低迷，通过煤合成天然气的相关技术领域近年来可谓备受关注，相关项目也在密集上马。煤制天然气在一定程度上可以缓解中国的天然气危机，并能在一定程度上推动煤炭行业的清洁利用，这也是基于中国能源结构特点进行能源转型的实际选择。
        1煤制合成天然气装置研究的必要性
        1.1煤制天然气工艺流程
        煤制合成天然气装置的设置目的是生产天然气。以某装置为例，其包含的主要装置有空分、煤气化、净化、甲烷化和硫回收装置。生产天然气的主要原料是质量低劣的褐煤，主要技术是碎煤加压气化技术。粗煤气会经过耐硫变换，转换后会经过低温甲醇的作用而脱酸，气体会因此而更加清洁。清洁的气体经过甲烷化与压缩脱水的作用就会形成天然气和其他副产品。
        1.2天然气装置能耗分析
        (1)煤气化装置能耗。出口粗煤气的温度在固定床气化过程中维持在300℃左右，与其他气流床和流化床反应器相比，该温度非常低。回收装置是废热锅炉，能源利用率74%，能耗大约为18MJ/m3。(2)净化装置能耗。该装置采用的净化技术是低温甲醇洗技术。由于气体组成成分比较复杂，其中包括许多有害物质，因此就需要采取净化装置脱离这些内容。该装置的能源利用率达到94%，能量消耗大约为2.5MJ/m3。(3)甲烷化装置能耗。在甲烷化装置中，甲烷化反应器直接与废热锅炉回收装置衔接，目的是直接回收过热蒸汽。目前，先进的甲烷化催化剂可以对一氧化碳进行顺利转换，降低不必要的能源消耗。该装置的能源利用率达到96%，能耗在1.7MJ/m3左右。(4)其它装置能耗。在煤制天然气项目其他装置单元中，也会存在一定的能耗。如煤气化、自备电厂、热损失、排出没有效果的能量过程均存在不同程度的能源消耗。通过分析煤制天然气装置主要能耗情况可知，加强工艺技术改造，提高能源的回收效率，实现能源的充分利用很有必要。
        2生产工艺节能措施探讨
        2.1动力装置
        （1）优化工艺系统减少能量损失，如为提高能源综合利用效率，化工区返回富余的0.5MPa(g)低压蒸汽，用作高压除氧器的加热用汽；动力车间给化工区提供高、中、低压三种规格的蒸汽，化工区将冷凝液通过化工变换装置回收废热后送到动力车间除氧器。（2）做好保温节能工作，如保温材料的品种将根据不同的介质温度和设备、管道外型、用途来选择，初步考虑有硅酸铝、岩棉等，以上材料都是具有轻质、保温性能好、施工损失率低等优点，设计按经济厚度法确定保温厚度。
        2.2气化装置
        （1）加压气化设置废热锅炉，利用粗煤气低位热能，副产低压饱和蒸汽，副产的低压蒸汽用于后序装置；气化炉品味高的热能经气化炉夹套付产中压饱和蒸汽，作为气化剂，直接进入气化炉，减少了中压过热蒸汽的用量。（2）变换冷却单元对粗煤气的热能进行分级利用，品味高的热能利用余热回收器副产低压蒸汽，以回收热量；粗煤气低位热能预热锅炉给水、脱盐水，以节省预热水所耗蒸汽，这样降低了煤气冷却循环水消耗。

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        2.3净化装置
         （1）氨压缩的压缩机采用先进的高效离心式压缩机、蒸汽透平驱动，减少了能量转换的损失。         （2）低温甲醇洗采用缠绕式换热器等先进换热设备，降低了换热器的冷端温差，最大限度的回收冷量。
        2.4空分装置
         （1）采用空气增压流程，单位气量的制冷量比氮气大，制取同等冷量所需空气量小于氮气增压循环所需的氮气，节省能耗。（2）采用增压透平膨胀机，利用气体膨胀的输出功直接带动增压机以节省能耗，提高制冷量。（3）透平冷凝器采用空冷器，降低能耗和冷却水消耗。
        2.5甲烷化装置
         （1）采用废锅、过热器、汽包等热回收系统，将甲烷化高位反应热用来副产4.8MPag的过热蒸汽，有效回收热量；（2）甲烷化装置中有大量的低位热能，通过预热除盐水、预热锅炉给水等方式优化流程。废锅排污液通过节流闪蒸，副产部分低压蒸汽，既补充了管网低压蒸汽，同时减少排污冷却器的负荷和循环水的用量。
        2.6硫回收装置
         （1）综合利用工艺过程产生的余热，高位热能用来过热蒸汽和副产中压蒸汽、各级硫冷凝器用量产生低压蒸汽，烟气低位热能用量预热锅炉给水，以提高工艺余热的利用效率；（2）对装置产生的工艺冷凝液、凝结水、锅炉排污进行深度利用，处理后的回收水用作循环水补水。
        3煤制天然气行业发展前景展望
        煤制天然气是中国当前社会经济发展阶段基于能源结构和形势下的特色行业。20世纪，除了美国开展大平原煤制天然气外，中国也是全世界最大规模开展煤制天然气的国家。当前国内专家对煤制天然气的评价不一，部分专家认为煤制天然气不仅可以缓解天然气供需缺口，消费过剩的煤炭产能可提高不便于长途输送的煤炭的能源流通效率，还可以避免煤炭散烧带来的环境污染，是适合中国能源情况的必要产业。同时也有部分观点认为，就其全生命周期而言，煤制天然气在能源利用效率、碳排放、环境保护等方面并无典型优势，只是排放和污染的区域性转移。目前一致认为，中国煤制天然气已经出现明显的投资过热局面。国家相关部门也一再发文对该行业进行规范、调整，在建设区域、用水、能效和环保等方面“划红线”，强调该行业尚处于示范阶段，而非大规模商业化推广阶段。煤制天然气作为对国产气、进口管道气和进口LNG（液化天然气）的有效补充，在技术和经济性可行的情况下有较大发展空间，适当开展示范项目符合中国能源供应多样化的需求。站在国家能源战略安全的角度，发展煤制天然气产业，掌握核心技术，在能源战略层面具有重要性和紧迫性。在国内天然气供应紧张和国际油价、天然气价格连续上涨的情况下，煤制天然气具有一定的生存能力和盈利能力。煤制天然气工艺流程包括备煤、气化、除尘、变换、脱硫与硫回收、甲烷化等。
        结语
        我国能源的资源分布和消费结构以煤为主，并将维持一定阶段。传统煤的利用以产品粗放、污染严重、碳排放量大、能源利用水平低为特征。近年来，随着国内煤的碳一化工崛起，煤的清洁利用得到明显改善，其中发展煤制天然气是一条解决我国能源供应问题的有效途径，对发挥我国煤炭资源优势、优化终端能源结构、保障能源安全具有重要意义。
参考文献
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