全球首个煤制气项目回顾：技术选择

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全球首个煤制气项目回顾：技术选择

煤气化是指将煤炭压碎气化后转化天然气的过程。这不是一项新的工艺，在美国却从来没有被应用过。

这方面的专家里手是德国人。德国是一个石油短缺但煤炭储量丰富的国家，它在19世纪30年代就已经发展了气化工艺以满足在二战中的燃料需求。战后，在德国人的帮助下，在南非发展了大规模的煤化工工业。Sasol有限公司从19世纪50年代起就开始从设于Sasolburg的煤气化工厂生产液体燃料及化工产品。

项目还在酝酿时，ANG公司就与德国Lurgi Mineraloeltechnik GMBH 公司就煤气化工艺及专用设备设计签订了合同。Lummus 和Kaiser Engineers公司负责提供全能工程师。

一个关键问题是，北达科他州的褐煤是否真正适于气化，这个问题德国人最有发言权。1973年秋天，Lurgi公司在德国的实验室带回了一些不好的结果。根据实验结果，由于质量问题，该州的褐煤并不适于气化。

对于正在极力发展北达科他州煤气化工程的ANG公司来说，这不啻于一个很大的打击。但是ANG的一些公司高层不满意。他们安排将北达科他州的12,000吨褐煤运往南非SASOL公司。最初，Sasolburg公司的实验确认了Lurgi实验室的结果：褐煤的渣滓使它不适于气化。然而，SASOL公司毕竟有丰富的工程经验，他们的工程师后来找到了解决的办法。最后，这项花费200万美元的测试证明褐煤能够被气化为有高热量价值的成合成天然气。在工业上这种气被称为替代天然气，这就意味着这种“煤气”和从石油提炼出来的天然气实质上是一样的。SASOL公司的工程师们为美国人完成了北达科他褐煤的工业化试烧试验，得到了关键结论和设计数据。

这项试验还让ANG有个意外收获，在北达科他州的气化装置将不需要计划中的那么多设备，这可让他们节省6000万美元工程投资。

1977年项目开始详细设计。最后项目做了如下的技术选择：

1、鲁奇煤加压气化；
2、钴-钼催化剂粗煤气变换；
3、冷甲醇洗涤法净化煤气；
4、镍催化剂甲烷化；
5、Stretford法回收硫；
6、Phosam法回收氨。

大平原煤气化厂第一期工程设计数据

现在看来，美国大平原煤制天然气项目选用鲁奇煤加压气化技术不是完美无缺的。美国人的选择相对比较保守，没有选择当时已经出现的新气化技术，而选定成熟可靠的技术。

早在上世纪30年代，德国鲁奇公司就开发出碎煤固定床加压气化技术，应用于煤气化项目。Mark -IV是第三代鲁奇炉。设计参数如下表。


在美国人进行工程设计时，南非SASOL合成油工厂已经有80台Mark-IV气化炉在运转。SASOL公司的工程师给美国人提供了丰富的运行经验，还帮美国人解决了对煤种的适应问题。因此美国人没怎么考虑就选择了Mark-IV气化炉。事后证明，鲁奇公司碎煤固定床加压气化技术充分显示出了生产能力大，稳定，可靠的优点。大平原工厂后来稳定运行超过28年，年平均运转率达到98.3%，从未发生意外停炉事故。

鲁奇公司碎煤固定床加压气化技术的限制是：

原料煤限制

该技术对原料煤种要求比较高，必须使用弱粘结性的烟煤和褐煤，而且灰熔点必须大于1500℃。因此必须使用低钠，低钾，低钙煤。

该技术还要求必须使用块煤。如果不是有Basin电力公司帮助解决了碎煤粉的出路，那么原料煤破碎后，就会有三分之一的煤粉无法利用。

环保压力大

出炉粗煤气中焦油，粗酚，氨氮含量高，必须配套复杂的废水和尾气处理工艺技术。如果没有有效的副产回收的话，经济性比较差。

鲁奇公司碎煤固定床加压气化技术这些缺点后来也确实给美国人带来了麻烦。