王亚龙，李永亭，翟勇
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］伊犁新天煤化工有限责任公司20×108 m3/a煤制天然气装置气化系统采用碎煤加压气化工艺（以块煤为原料），长期以来存在粉煤过剩（部分粉煤用作热电锅炉燃料煤，过剩粉煤量在700 kt/a以上，以远低于原料煤的价格外售）及部分系统（如空分装置、供水装置与水处理装置、供电装置等）生产能力富余的现象。为此，根据实际生产情况，结合粉煤综合利用项目投资情况，对粉煤综合利用可行性进行论证，并据国家层面对煤化工产业及其规模的相关要求，基于不同产品路线（煤制合成氨、煤制尿素、煤制乙二醇）进行技术经济分析，初步明确了过剩粉煤综合利用产品路线——宜采用气流床气化工艺制粗煤气，将煤制尿素作为产品路线。
［关键词］煤制天然气装置；碎煤加压气化；过剩粉煤综合利用；可行性；产品路线；技术经济分析；气流床气化；煤制尿素
［中图分类号］TQ54 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）05-0005-05
0 引 言
伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）20×108 m3/a煤制天然气装置自2017年3月投产以来运行稳定，2019年2月天然气产量已达设计值；主生产工艺为赛鼎工程鲁奇碎煤加压气化、宽温耐硫部分变换、林德低温甲醇洗、戴维甲烷化工艺等。由于碎煤加压气化具有粗煤气中甲烷含量高、煤种适应范围广、运行稳定、工艺技术成熟等优势，大多数煤制天然气项目均选用碎煤加压气化工艺（以块煤为原料），粉煤过剩问题是困扰碎煤加压气化工艺的一大难题。加之受原料煤活性、稳定性变化等因素的影响，新天煤化煤制天然气装置长期以来存在粉煤过剩（部分粉煤用作热电锅炉燃料煤，过剩粉煤量在700 kt/a以上）及部分系统生产能力富余的现象——过剩粉煤以远低于原料煤的价格外售，直接拉高生产成本；部分系统富余生产能力未得到充分挖掘，设备利用率较低。若通过应用现代煤化工技术对过剩粉煤进行综合利用，可在消耗过剩粉煤的同时提高整套煤制天然气装置设备利用率，从而提升新天煤化的经济效益。为此，根据新天煤化的实际生产情况，结合粉煤综合利用项目投资情况，对粉煤综合利用可行性进行论证，并据国家层面对煤化工产业及其规模的相关要求，基于不同产品路线进行技术经济分析，初步明确了粉煤综合利用路线，以期推动新天煤化与同类煤制天然气企业的转型发展。
1 煤制天然气装置概况
新天煤化煤制天然气装置（主生产系统分为A、B两个系列）气化系统采用22台Φ4 000 mm鲁奇碎煤加压气化炉（日常生产中气化炉18台运行、2台备用、2台检修，设计操作压力3.3～4.0 MPa），后续变换系统、低温甲醇洗系统按甲烷化系统生产所需对粗煤气进行转化与净化，甲烷化系统产出的天然气（SNG）经干燥、压缩后送入西气东输管网。公用工程系统现配套4台蒸发量480 t/h的高压自然循环固态排渣粉煤锅炉（三开一备，第五台粉煤锅炉正在建设中）、3台50 MW抽凝式汽轮发电机组（两开一备）、1台18 MW背压式汽轮发电机组（在建）；配置ORC（有机朗肯循环）发电机组6套（在建）、总发电能力达20 MW，配置光伏电站1座（在建）、总光伏组件安装容量66.037 92 MWp，ORC发电机组、光伏电站建成后新天煤化生产用电将实现自给自足且有富余；配置3套杭氧51 000 m3/h（标态，下同）空分装置（液氧内压缩流程，两开一备），配套设置总降压变电所、三级取水泵站、原水净化站、脱盐水站、4套循环水站、酸碱站、输煤备煤系统、除氧站、全厂火炬、综合罐区、有机废气蓄热式热氧化（RTO）装置、多元烃重芳烃深加工装置、灰渣场、机修仪修中心等公用系统及辅助生产系统。
煤制天然气装置配套煤矿（伊犁4#煤矿）原料煤入炉前会输送至弛张筛进行筛分，筛上原料煤送至气化炉前还会进行二次筛分，筛上块煤（粒度＞ 8 mm）进入气化炉煤仓，筛下粉煤（粒度＜ 8 mm）由自卸车转运至煤场用作燃料煤。由于配套煤矿产量（原料煤供应量约16 000 t/d）不能满足生产需求，需在更远煤矿外购原料煤（满负荷生产时外购汽运煤约6 000 t/d），外购原料煤同样经筛分后与配套煤矿煤配比进行二次筛分，筛上块煤（粒度＞ 8 mm）进入气化炉煤仓，筛下粉煤转运至煤场存储。所谓过剩粉煤（量），是指以上各次筛分获得的粉煤（总量）减去热电锅炉用粉煤（量）。
2 过剩粉煤综合利用可行性探讨
粉煤综合利用与煤制天然气同属煤化工范畴，煤制天然气装置富余生产能力（主要指公用工程系统，如新天煤化空分装置、供水装置与水处理装置、供电装置等均有富余生产能力）具备与（过剩）粉煤综合利用项目进行耦合的可能性，从而可减少粉煤综合利用项目的投资与运维成本，提升企业的经济效益。
2.1 空分装置
新天煤化煤制天然气装置多年的生产实践表明，实际使用的原料煤活性较好，粗煤气中CH4含量由设计值11.7%（体积分数，下同）提升至12.7%左右，同时粗煤气中有效气（CO+H2）含量也有所提升，由此，同等天然气产量下气化系统负荷有所降低，从而使氧耗大幅降低——天然气产量为250 km3/h（100%负荷）时，气化系统设计氧气用量为126.8 km3/h，实际氧气用量仅100 km3/h。51 000 m3/h空分装置运行2套即可满足生产所需，导致1套空分装置长期闲置，设备利用率低。据目前空分装置建设成本测算，单套51 000 m3/h空分装置投资在3亿元左右，过剩粉煤综合利用项目可利用新天煤化“闲置”的空分装置。
2.2 供水装置与水处理装置
煤制天然气装置厂外供水装置设计最大供水量4 320 m3/h，装置100%负荷运行时最大供应量47 184 m3/d、平均供水量1 966 m3/h，仅为设计供水能力的45.51%；水处理装置（净水站）设计最大供水量3 800 m3/h，装置100%负荷运行时最大供水量65 157.6 m3/d、平均供水量2 714.9 m3/h，仅为设计供水能力的71.44%。供水装置与水处理装置出力均有较大的提升空间。其他如污水处理系统、污水回用系统、脱盐水站，装置100%负荷运行时其出力均有少量提升空间。
受工艺技术限制，现代煤化工生产过程中均需消耗大量水资源且废水组分复杂[1]，新天煤化煤制天然气装置原水供应能力富余量大，粉煤综合利用项目建设无需新建原水供应设施，也无需新建脱盐水站、污水回用系统，整体可节约投资约3亿元（以现有生产系统规模计）。
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