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首个煤制气示范项目交出满意答卷
作者:txm 来源:国际燃气网 时间:2018-11-30 10:06
现代煤化工示范也是一个试错的过程。示范项目只有在认真总结失败教训,积极探索创新的前提下才能成功。
 
    2014年,多位专家和多家媒体实地参观和采访了我国首个建成的煤制天然气示范项目——大唐克旗年产40亿立方米煤制气项目。当时大家带着社会上普遍关心的问题,对该项目从技术可靠性、项目经济性、运行安全性等方面成功与否提出了“八问”。如今4年过去了,该项目交出了针对“八问”的答卷。
 
    技术可行
 
    煤制气技术是可行性的。该项目选择以褐煤为原料的初衷,就是要深入探索煤质差、水含量高、发热量低、挥发分高的褐煤综合利用价值,是拓展低阶煤炭转化为清洁能源的新途径。项目投产后,通过实施原料煤粉煤率控制、气化炉加煤系统改造、甲烷化催化剂还原方式优化、污水处理系统综合完善、动力锅炉油改气等诸多技术改造,不断优化系统配置。目前,项目已实现了安全、稳定、长周期、高负荷运行,天然气产量不断创造新纪录。2017年至2018年4月,累计生产天然气10.7亿标准立方米,期间有5次月产量突破1亿标准立方米。2018年3月,全月平均负荷达96.18%,3月18日,实现了日产量400.95万标准立方米,达到了设计日产400万标准立方米天然气的能力。2018年5月1日至10日,日均产量均在390万标准立方米以上,最高单日产量达409.8万标准立方米。上述数据表明,以褐煤为原料的煤制天然气技术是完全可行的,也是可靠的。
 
    一定条件下,煤制气是有经济性的。根据原设计参数,生产装置满负荷运行日产400万标准立方米时,全部16台气化炉运行状态为15开1备(总氧负荷:78480标准立方米/小时),污水处理负荷850吨/小时,每千标准立方米天然气产品耗原料标煤1.85吨,耗原水7.36吨。
 
    从目前克旗公司实际运行情况看,13台气化炉运行时就可以达到日产400万标准立方米生产能力,而污水处理负荷为设计负荷的95.96%。2018年5月7日至9日,每千标准立方米天然气产品原煤单耗1.844吨,比设计值低0.3%;原水单耗6.72吨,比设计值低8.73%。随着生产管控能力的逐步提高,项目各项综合能耗呈现出逐步降低、能源转化率逐步提高的良好态势。
 
    一期装置运行经济性和盈利能力方面,按照2018年1~4月实际情况测算,当天然气不含税单价1.60元/标准立方米,平均日销量374万立方米时,可以达到盈亏平衡;当天然气不含税单价2.14元/标准立方米,平均日销量280万立方米时,可以达到盈亏平衡。但是,自2015年11月20日开始,由于天然气市场销售价格整体大幅下调,由2.75元/标准立方米下调至1.82元/标准立方米,同时天然气税率由13%调整为11%后,中国石油又将天然气单价下调至1.78元/标准立方米,每立方米天然气单价比原始价格减少了0.972元。2017年公司共计生产天然气10.34亿立方米,当年亏损6.5亿元。如果按照下调之前的价格计算,年销售收入可以相对增加10.05亿元,项目完全可以实现盈利。
 
    为应对中国石油陕京四线管网投运、北京地区非采暖季节天然气需求量下降而造成公司生产装置限产的影响,克旗公司正在实施对二期项目续建并进行联产调峰,拟建设80万吨/年甲醇装置和40万吨/年乙二醇装置,建立以天然气产品为主、甲醇、乙二醇高附加值化学品的多元化经营格局,以应对市场供需矛盾的变化。
 
    运行安全稳定
 
    碎煤加压气化炉可以稳定运行。该项目根据褐煤的特性,从气化炉原料控制、入炉原料煤的粒度、开停车的环保指标、操作优化等方面进行了探索,建立健全多台炉综合稳定运行管控体系。气化炉单炉氧负荷可以由设计值5232标准立方米/小时提升至5800标准立方米/小时,操作范围大、调整区间广,而且可以实现长周期较高负荷运行。13台气化炉同时运行就可以达到日产400万立方米的设计产量,验证了以褐煤为原料的碎煤加压气化炉的综合性能完全能够满足生产需求。
 
    压力为4.0兆帕的碎煤加压气化炉可以实现安全可靠运行。该项目气化炉是国内首个设计操作压力为4.0兆帕并以褐煤为原料的碎煤加压气化装置。从投料试车至今,企业通过对炉体堆焊耐腐蚀材料、煤锁和灰锁充泄压方式的优化等多种改进措施,保障了气化炉安全稳定运行。2017年,有8台气化炉实现连续在线运行超过100天,其中一台气化炉最长连续运行时间达241天,气化炉单炉最高氧负荷可以达到设计负荷的120%。经过5年多的运行,表明了操作压力为4.0兆帕的气化炉运行的安全性和可靠性完全能够得到保障。
 
    找到了以褐煤为原料所产生的气体对系统管线设备腐蚀的应对措施。以褐煤为原料的碎煤加压气化炉在投入运行后,曾出现因气化炉内夹套腐蚀和冲刷导致泄漏被迫停炉,一度成为困扰和制约生产运行的瓶颈。通过技术攻关,反复论证和实践,企业通过在夹套内壁堆焊inconel625材料解决了这一难题。工艺系统介质和公用系统介质中存在的氯离子、湿硫化氢、溶氧等对设备及管线的腐蚀问题,也通过工艺指标控制优化和设备材质升级得以解决。这些问题的解决也为生产系统能够稳定运行提供了保障。
 
    摸清了以褐煤为原料生产的净化气中有机硫成分对甲烷化催化剂寿命的影响因素。甲烷化催化剂活性组分为镍,各种有机硫、无机硫可以造成催化剂永久性中毒。而以褐煤为原料碎煤加压气化生产的净化气中有机硫含量比较高,装置配套的净化工艺脱除能力有限。根据近几年催化剂床层温度变化趋势分析判断,有机硫超标会造成催化剂活性下降床层热点温度下移,使用周期大大缩短。为了保证催化剂的安全,企业一方面加强源头管控,严格控制净化气指标,确保净化气总硫合格;另一方面,发挥好甲烷化反应器前脱硫槽的作用,通过更换脱硫剂、改变脱硫槽操作工况等控制措施,保证了催化剂的安全运行,从而确保全系统的稳定连续高负荷运行。
 
    环保达标
 
    以褐煤为原料的污水处理系统可以达到废水零排放。污水处理系统经过几年的摸索和调整,该项目污水处理系统废水基本实现了零排放。2018年3月1日至22日,化工主装置保持平均日产天然气380.24万标准立方米,达到装置设计生产负荷95.06%,同期污水处理系统保持在90.82%负荷运行,各装置运行稳定,系统水量整体处于平衡状态,完全达到零排放。目前公司结合生产实际,正在组织回抽化工生产装置试车期间外排至事故缓冲池的废水并加以回用,污水处理装置能力逐步提升。
 
    以褐煤为原料的煤制天然气装置可以实现环保达标排放。该项目动力装置锅炉烟气采取选择性催化还原(SCR)脱硝、电袋复合除尘和湿式氨法脱硫技术。经过几年的实际运行,总排口烟气中二氧化硫、氮氧化物和尘含量均达标排放。现有一期装置配套的4台燃煤锅炉烟气排放均能满足现行国家排放标准。2018年1~4月,二氧化硫、氮氧化物和烟尘的平均排放浓度分别为78.3毫克/标准立方米、88.9毫克/标准立方米和16.75毫克/标准立方米,均优于国标要求排放限值200毫克/标准立方米、100毫克/标准立方米和30毫克/标准立方米。化工装置配套的酸性气硫回收尾气排放也满足国标要求。2018年1~4月,二氧化硫平均排放浓度为134.5毫克/标准立方米,低于国标要求排放限值960毫克/标准立方米。各项指标表明,该项目环保设施运行可靠,环保排放指标完全达标。
 
    当然,现代煤化工示范也是一个试错的过程。常言说得好:失败乃成功之母。示范项目只有在认真总结失败教训,积极探索创新的前提下,才能够一步一步取得成功。

 

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