現(xiàn)代煤制天然氣工廠概念設(shè)計研究

李安學(xué)，男，1964年生，工學(xué)學(xué)士、工商管理碩士、管理學(xué)博士，化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科博士后經(jīng)歷，教授級高級工程師，享受2006年國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。1984年大學(xué)畢業(yè)后，長期在中國石油、中國化工、中國大唐等所屬石油化工和煤化工企業(yè)或?qū)I(yè)公司從事生產(chǎn)技術(shù)與經(jīng)營管理工作。2009年3月調(diào)入大唐能源化工有限責(zé)任公司任副總經(jīng)理，后兼任中國大唐集團(tuán)公司煤炭產(chǎn)業(yè)部副主任，期間曾兼任遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司總經(jīng)理。參與了中國化工油氣總公司的組建與整合、中國大唐集團(tuán)所屬煤制天然氣、煤制烯烴等部分項目的工程建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營管理等工作，是國家863項目“煤氣化甲烷化關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與煤制天然氣示范工程”課題三“合成氣完全甲烷化成套工藝技術(shù)開發(fā)”組長、國家能源局煤炭清潔利用咨詢專家（2014-2016）、國家能源局煤炭深加工技術(shù)裝備自主化專家組成員。

第1章 總論

1.1 煤制天然氣基本概念

1.1.1 直接煤制天然氣技術(shù)

1.1.2 間接煤制天然氣技術(shù)

1.2 我國發(fā)展煤制天然氣的背景

1.2.1 煤炭在我國未來一次能源結(jié)構(gòu)中仍將占主導(dǎo)地位

1.2.2 煤炭資源利用與傳輸?shù)男峦緩?

1.2.3 煤炭利用新方式

1.2.4 天然氣供應(yīng)新渠道

1.2.5 煤制天然氣是我國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和保障能源安全的重要手段

1.2.6 世界上已有運行多年的煤制天然氣工廠

1.3 我國發(fā)展煤制天然氣的可行性

1.3.1 技術(shù)可行性

1.3.2 經(jīng)濟(jì)可行性

1.3.3 市場空間方面

1.3.4 其他方面

1.4 我國煤制天然氣項目現(xiàn)狀

1.4.1 煤制天然氣備受關(guān)注

1.4.2 存在的問題

1.5 煤制天然氣工廠概念設(shè)計研究的意義

1.6 研究內(nèi)容與技術(shù)路線

1.7 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第2章 煤制天然氣工廠設(shè)計的需求分析

2.1 功能性需求

2.2 運營性需求

2.2.1 原料煤資源特點

2.2.2 煤制天然氣裝置特點

2.2.3 煤制天然氣產(chǎn)品特點

2.2.4 我國天然氣供應(yīng)和消費特點

2.2.5 城鎮(zhèn)用戶的天然氣消費特點及用氣規(guī)律

2.2.6 面向城鎮(zhèn)用戶的煤制天然氣供應(yīng)鏈上存在的矛盾分析

2.3 約束性需求

2.3.1 強(qiáng)制性約束

2.3.2 非強(qiáng)制性約束

2.4 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第3章 煤制天然氣技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.1 空分技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.1.1 空分原理及工藝流程

3.1.2 國內(nèi)外空分技術(shù)發(fā)展情況

3.1.3 主要空分技術(shù)比較

3.1.4 國內(nèi)外主要空分制造商發(fā)展現(xiàn)狀

3.1.5 空分配套機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀

3.2 氣化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.2.1 煤氣化基本原理

3.2.2 煤氣化技術(shù)分類

3.2.3 主要氣化工藝技術(shù)

3.2.4 氣化技術(shù)對比

3.2.5 褐煤氣化進(jìn)展

3.2.6 氣化技術(shù)選擇

3.3 變換技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.3.1 變換催化劑

3.3.2 變換工藝流程與設(shè)備

3.3.3 變換技術(shù)選擇

3.4 凈化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.4.1 脫硫技術(shù)

3.4.2 脫碳技術(shù)

3.4.3 聚乙二醇二甲醚法

3.4.4 低溫甲醇洗法

3.4.5 凈化技術(shù)選擇

3.5 甲烷化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.5.1 技術(shù)原理與發(fā)展歷程

3.5.2 甲烷化催化劑

3.5.3 甲烷化工藝技術(shù)

3.6 天然氣脫水技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.6.1 脫水技術(shù)簡介

3.6.2 三甘醇脫水工藝流程與設(shè)備

3.6.3 三甘醇脫水工藝的國內(nèi)工程應(yīng)用

3.7 固體廢物處理技術(shù)

3.7.1 固體廢物的來源

3.7.2 治理措施

3.8 廢氣處理技術(shù)

3.8.1 廢氣的來源

3.8.2 廢氣的組分及治理措施

3.8.3 硫黃回收技術(shù)

3.8.4 煙氣脫硝技術(shù)

3.8.5 二氧化碳的捕集與利用

3.9 廢水處理技術(shù)

3.9.1 煤氣化廢水的來源

3.9.2 典型煤氣化技術(shù)的廢水特點

3.9.3 碎煤加壓氣化廢水處理方法

3.9.4 煤氣化廢水“零排放”現(xiàn)狀及趨勢

3.10 深加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.10.1 煤焦油深加工

3.10.2 典型煤化工項目副產(chǎn)品利用情況

3.11信息技術(shù)在煤化工中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.11.1 信息化建設(shè)內(nèi)容

3.11.2 信息化實施范圍

3.11.3 煤化工企業(yè)信息化發(fā)展趨勢

3.12 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章 煤制天然氣工廠設(shè)計的技術(shù)策略

4.1 煤源穩(wěn)定策略

4.1.1 實施煤源穩(wěn)定策略的重要原因

4.1.2 煤制天然氣工廠應(yīng)注重采用低階煤

4.2 單元技術(shù)成熟策略

4.2.1 采用成熟可靠技術(shù)有利于工廠穩(wěn)定可靠運行

4.2.2 采用成熟技術(shù)并不排斥新技術(shù)

4.3 裝置多系列設(shè)置策略

4.3.1 采用裝置多系列設(shè)置策略的原因

4.3.2 裝置系列數(shù)的確定原則

4.4 裝備本地化策略

4.4.1 裝備本地化的含義

4.4.2 實施裝備本地化策略的意義

4.4.3 裝備本地化應(yīng)進(jìn)行評估

4.5 儲氣調(diào)峰策略

4.5.1 天然氣供應(yīng)調(diào)峰的種類

4.5.2 煤制天然氣工廠的調(diào)峰方式

4.5.3 天然氣供應(yīng)調(diào)峰方式

4.5.4 煤制天然氣工廠宜采取儲氣調(diào)峰方式

4.5.5 儲氣調(diào)峰策略應(yīng)注意的問題

4.6 綜合先進(jìn)策略

4.6.1 綜合先進(jìn)策略的含義

4.6.2 采用有效的環(huán)境保護(hù)控制技術(shù)

4.6.3 實施清潔化生產(chǎn)工藝

4.6.4 采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料支撐

4.6.5 采用先進(jìn)控制與信息技術(shù)

4.6.6 采用先進(jìn)的給排水技術(shù)

4.6.7 采用先進(jìn)的安全與消防技術(shù)

4.6.8 先進(jìn)的工廠總圖布置以及裝置聯(lián)合布置技術(shù)

4.7 工廠基地化策略

4.8 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章 煤制天然氣工廠構(gòu)想

5.1 基于碎煤加壓氣化技術(shù)的煤制天然氣工廠方案

5.1.1 加工原料及總工藝流程

5.1.2 主要裝置組成及規(guī)模

5.1.3 節(jié)能措施

5.1.4 支撐本構(gòu)想的關(guān)鍵技術(shù)

5.1.5 儲氣調(diào)峰配套設(shè)施

5.1.6 自動控制及信息化

5.1.7 工廠總平面布置

5.1.8 給排水

5.1.9 供電

5.1.1 0環(huán)境保護(hù)

5.1.1 1園區(qū)建設(shè)

5.2 基于碎煤加壓氣化與水煤漿氣化聯(lián)合技術(shù)的煤制天然氣工廠設(shè)計方案

5.2.1 加工原料及規(guī)模

5.2.2 總工藝流程

5.2.3 主要裝置組成及規(guī)模

5.2.4 廢水防治措施

5.3 基于碎煤加壓氣化與粉煤氣化聯(lián)合技術(shù)的煤制天然氣工廠設(shè)計方案

5.3.1 加工原料及規(guī)模

5.3.2 總工藝流程

5.3.3 主要裝置組成及規(guī)模

5.3.4 廢水防治措施

5.4 單一氣化與聯(lián)合氣化設(shè)計方案比較

5.4.1 碎煤加壓氣化優(yōu)點、缺點

5.4.2 水煤漿氣化優(yōu)點、缺點

5.4.3 粉煤氣化優(yōu)點、缺點

5.4.4 基于碎煤加壓氣化和水煤漿氣化聯(lián)合技術(shù)的煤制天然氣工廠方案優(yōu)點

5.4.5 基于碎煤加壓氣化和粉煤氣化聯(lián)合技術(shù)的煤制天然氣工廠方案優(yōu)點

5.4.6 能源轉(zhuǎn)化效率和裝置綜合能耗

5.5 本章小結(jié)

第6章 結(jié)論與建議2100433B

《現(xiàn)代煤制天然氣工廠概念設(shè)計研究》作者結(jié)合煤制天然氣項目的建設(shè)經(jīng)驗，以工程哲學(xué)理論為指導(dǎo)，以煤制天然氣工廠概念設(shè)計為研究對象，從設(shè)計需求入手，在功能性需求、運營性需求和約束性需求等方面，對建廠目的、原料、產(chǎn)品、用戶及煤化工裝置特點和工廠約束進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與分析，提出了從煤礦到城鎮(zhèn)用戶這一供應(yīng)鏈上存在的主要矛盾；從解決主要矛盾為出發(fā)點，以滿足設(shè)計需求為目標(biāo)，提出了煤制天然氣工廠設(shè)計應(yīng)重點考慮的技術(shù)策略；以研究結(jié)論為指導(dǎo)，構(gòu)想了三個面向城鎮(zhèn)用戶的煤制天然氣工廠的設(shè)計方案。

國內(nèi)天然氣供應(yīng)的缺口正逐年加大，對外依存度更是呈快速上升之勢。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，到2020年，國內(nèi)天然氣缺口將達(dá)1000億立方米。2011年，中國天然氣對外依存度達(dá)24%，與2010年12.8%相比，呈成倍增長態(tài)勢。這從客觀上加大了對非常規(guī)天然氣及替代天然氣的需求力度，除頁巖氣開發(fā)力度加大外，煤制天然氣在國家“十二五”戰(zhàn)略中也被寄予厚望。

隨著煤化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展和天然氣消費量的大幅增長，我國煤制天然氣行業(yè)取得長足發(fā)展，成為煤化工領(lǐng)域投資熱點。2009年，神華集團(tuán)鄂爾多斯20億立方米煤制天然氣項目奠基，大唐集團(tuán)阜新40億立方米/年煤制天然氣項目通過了環(huán)保部的環(huán)評，中海油同煤集團(tuán)40億立方米/年煤制天然氣項目正式啟動，新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源年產(chǎn)100億立方米煤制天然氣一期工程開工建設(shè)……。一批投資數(shù)額巨大的煤制氣項目陸續(xù)上馬，我國煤制天然氣領(lǐng)域呈現(xiàn)良好發(fā)展勢頭。

部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示，未來我國天然氣供不應(yīng)求的局面將長期存在，而利用煤炭資源相對豐富的特點發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)，是緩解我國天然氣供求矛盾的一條有效途徑。煤制天然氣產(chǎn)品的低熱值比國家天然氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低熱值高17.8%-21%，能量轉(zhuǎn)化效率高。當(dāng)石油價格為80美元/bbl時，與進(jìn)口天然氣、進(jìn)口LNG相比，煤制天然氣價格具有競爭力。

目前國內(nèi)天然氣進(jìn)口量逐年增加，對外依存度亦與日俱增。全世界天下太平遠(yuǎn)未到來，如在天然氣進(jìn)口上依然步進(jìn)口石油之后塵，則會出現(xiàn)能源安全與否取決于國外的局面。出于國家能源安全之考慮，發(fā)展煤制天然氣實乃上策。發(fā)展煤制天然氣既可作無天然氣供應(yīng)地區(qū)的氣源，又可作管道天然氣的補(bǔ)充氣源和調(diào)峰氣源。一旦多聯(lián)產(chǎn)開發(fā)成功和應(yīng)用，則必將最終實現(xiàn)跨行業(yè)、多聯(lián)產(chǎn)、集團(tuán)化發(fā)展之路。自煤制油的新項目叫停后，煤制天然氣項目相繼出現(xiàn)。隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展和人民生活水平的提高，對清潔能源天然氣的需求量迅速增長，天然氣供不應(yīng)求的局面將會長期存在。利用我國煤炭資源相對豐富的特點發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)，補(bǔ)充天然氣資源的不足，是一條緩解我國天然氣供求矛盾的有效途徑，有著廣闊的發(fā)展前景。

用褐煤等低品質(zhì)煤種制取甲烷（即天然氣主要成分）氣體，可利用現(xiàn)有和未來建設(shè)的天然氣管網(wǎng)進(jìn)行輸送。煤制天然氣的耗水量在煤化工行業(yè)中是相對較少，而轉(zhuǎn)化效率又相對較高，因此，與耗水量較大的煤制油相比具有明顯的優(yōu)勢。此外，煤制天然氣過程中利用的水中不存在污染物質(zhì)，對環(huán)境的影響也較小。

概念

是指煤經(jīng)過氣化產(chǎn)生合成氣，再經(jīng)過甲烷化處理，生產(chǎn)代用天然氣（SNG）。煤制天然氣的能源轉(zhuǎn)化效率較高，技術(shù)已基本成熟，是生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品的有效途徑。

中國資源稟賦的特點是“富煤、缺油、少氣”。環(huán)渤海、長三角、珠三角三大經(jīng)濟(jì)帶對天然氣需求巨大，而內(nèi)蒙古、新疆等地煤炭資源豐富，但運輸成本高昂。因此，將富煤地區(qū)的煤炭資源就地轉(zhuǎn)化成天然氣，成為繼煤炭發(fā)電、煤制油、煤制烯烴之后的又一重要戰(zhàn)略選擇。

市場分析

2010年以來，隨著進(jìn)口天然氣價格上漲，我國煤制天然氣市場持續(xù)升溫。2010年3月，總投資257億元的遼寧大唐國際阜新煤制天然氣項目在阜新市開工建設(shè)。2010年5月，新疆慶華煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園煤制天然氣一期工程建設(shè)全面展開，工程建成后，天然氣將輸送到西氣東輸二線。

隨著國內(nèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和加強(qiáng)環(huán)保等政策的實施，國內(nèi)天然氣消費市場將持續(xù)擴(kuò)張。多渠道、多方式地擴(kuò)大天然氣資源供給，完善氣源結(jié)構(gòu)成為優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)的重要戰(zhàn)略。煤制天然氣作為液化石油氣和天然氣的替代和補(bǔ)充，既實現(xiàn)了清潔能源生產(chǎn)的新途徑，優(yōu)化了煤炭深加工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，又具有能源利用率高的特點，符合國內(nèi)外煤炭加工利用的發(fā)展方向，對于緩解國內(nèi)天然氣短缺，保障我國能源安全具有重要意義。

從長遠(yuǎn)來看，我國天然氣價格逐步上漲的趨勢是確定的，因此，煤制天然氣的成本優(yōu)勢將逐漸顯現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，中國煤制天然氣行業(yè)發(fā)展前景廣闊。

煤制天然氣是另一個煤化工的重要方向，天然氣的國內(nèi)需求量大，技術(shù)也較為成熟。但是受制于天然氣管道、國內(nèi)的天然氣價格較低等因素的制約，天然氣的建設(shè)相對較為規(guī)范。我國的煤制天然氣的發(fā)展定位為天然氣戰(zhàn)略的補(bǔ)充，不會作為天然氣的主要供應(yīng)來源。據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理：目前國內(nèi)在建的煤制天然氣項目4個，批準(zhǔn)總規(guī)模為151億立方米/年，在建規(guī)模為43億立方米/年，預(yù)計2013～2014年期間投產(chǎn)。

新型煤氣化技術(shù)及煤制天然氣發(fā)展研討會在河北廊坊舉行

在中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會煤化工專業(yè)委員會主辦的新型煤氣化技術(shù)及煤制天然氣發(fā)展研討會上，來自煤化工領(lǐng)域的專家學(xué)者和企業(yè)代表們給出了自己的觀點。

4月18日，新一屆國家能源委員會首次會議在京召開

一直以來重視煤炭潔凈化利用技術(shù)研發(fā)、儲備的新奧集團(tuán)，憑借其四大煤制天然氣技術(shù)，實現(xiàn)了煤炭潔凈化利用的同時，凸出了成本低、轉(zhuǎn)化率高等核心競爭優(yōu)勢，深受業(yè)內(nèi)關(guān)注。