我国低质煤层气富集组合技术产业化获重大突破

我国低质煤层气富集组合技术产业化获重大突破。中国化工报4月5日刊出《企业,你考虑气改煤吗》的专题报道后,受到业内专家和工程技术人员的广泛关注。连日来,读者纷纷给编辑部打来电话,认为稿件对正在实施和准备实施气改煤项目的气头企业具有较强的指导意义。同时,也有部分专家提出了另一思路——不妨使用甲烷含量在30%的低质矿井区的煤层气生产合成氨。
那么,以煤层气为原料生产合成氨在技术上是否可靠?经济上是否有优势?适宜建多大规模?主要难点在那里?专家对此进行了可行性分析。
技术上完全可靠
西南化工研究设计院教授级高工陶鹏万告诉记者,煤层气制合成氨技术路线中,蒸汽转化和变换反应都是成熟工艺,关键是自热转化催化剂的研发。近年来,西南化工研究设计院组织精兵强将,通过反复工艺试验,已确定出催化剂配方并完成了中试,得到了催化剂的最佳工艺条件,研制出了具有自主知识产权的新型耐高温、抗积炭自热转化催化剂。经测试,催化剂的活性、稳定性、寿命等指标均达到要求。
据科技部高新司张新民高工介绍,该催化剂研制已列入国家“十一五”科技支撑计划,并已通过项目验收,完全可以进行工业化示范推广。
经济、环保、社会效益三得利
目前我国煤层气气源主要来自井下抽放,以保证煤矿安全生产。由于井下抽放技术、开采技术的制约,得到的煤层气甲烷浓度为30%~60%,浓度不高,且随开采环境的变化而波动。由于民用有限,而建设瓦斯发电项目的前期投入和运营管理费用比较高,限制了煤层气的大规模开发利用。矿井平均瓦斯利用率仅30%左右。抽出来的煤层气大都排入大气,造成资源浪费。
国家碳一化学工程技术研究中心教授级高工周正明告诉记者,可以采用变压吸附技术或低温分离方法,把煤层气中的甲烷浓度提高到90%以上作为商品输出。但他提醒,无论是采用变压吸附技术还是低温分离方法,在甲烷提浓之前必须脱除氧气,以排除爆炸危险,同时还必须脱除二氧化碳,投资和运行成本都较高。
西南院有关专家以甲烷含量30%、气量
40000Nm3/h的煤层气生产合成氨为基准计算,全年可产氨11.2万吨。在成本方面,与天然气和煤为原料生产合成氨装置相比,其经济效益、环境效益都具有较大的竞争力。如果再以氨为原料生产其它下游产品,如硝酸、硝酸铵、尿素等,其效益会更好。此外,煤层气的温室效应是二氧化碳的21倍,每利用1亿立方米甲烷就相当于减排150万吨二氧化碳。
因此,用低质煤层气生产合成氨,不仅技术可靠,而且具有较好的经济、环境和社会效益。
气源地建装置是上策
我国煤层气资源主要分布于经济发达、能源消费大的中东部地区。这些地区煤层气资源占全国总量的74.6%,容易形成与主要经济体系相匹配的规模生产基地。且这些区域常规天然气资源短缺,煤层气资源可以弥补和平衡这种状况。
目前,我国煤层气大规模开发利用的主要矛盾就是运输瓶颈。煤层气管网基础设施薄弱,使煤层气生产区域与市场脱节,从而导致市场需求不能对煤层气的开发起到强有力的推动作用,造成煤层气开发的成本大大增加,加大了煤层气项目的风险。煤层气企业不仅要建设井田内部管网,还要考虑长输管网建设,过高的成本影响了企业的经济效益和开发煤层气的积极性。
为此专家们建议,最好在煤层气产地就近建相匹配的规模合成氨生产基地,最适宜建10万吨/年中小型化肥厂。也有专家提醒,企业若考虑在煤层气产地就近建合成氨装置,一定要有煤层气收集的可行性。
据了解,2007年以来,国家相继出台了打破煤层气专营权、税收优惠、财政补贴等多项扶持政策,鼓励煤层气的开发利用。专家认为,真正大规模开发利用还需政府、金融、科研和产业多方的共同努力。

3日从西南化工研究设计院获悉,由该院开发的具有我国自主知识产权的“低质煤层气非贵金属耐硫脱氧催化剂与工艺”技术成果,已通过四川省科技厅组织的专家鉴定。专家认为,该组合技术突破了煤层气安全利用的技术瓶颈,填补了国内外煤层气催化脱氧技术的空白,对减少温室气体的排放、降低和避免煤矿瓦斯事故的发生、促进煤层气综合利用产业化和缓解我国天然气短缺具有重要意义。

据西南化工研究设计院高工周正明介绍,我国抽排的煤层气一般甲烷浓度为30%—80%,氧含量为3%—12%,并含有一定的硫化物。我国每年因采煤向大气排放的甲烷达200亿立方米以上(甲烷温室效应为二氧化碳的21—24倍),而利用率不足10%,造成极大的资源浪费和环境压力。要实现煤层气安全有效利用,就必须先脱除其中的氧,再经脱水、脱碳、脱氮处理后制得压缩天然气和液化天然气,或用作化工原料。因此,煤层气脱氧是实现煤层气综合利用产业化的关键。

西南化工研究设计院从2001年开始组织科技人员进行煤层气非贵金属耐硫脱氧催化剂与工艺的攻关。经过多年研试,2009年开展每小时100标准立方米煤层气脱氧中试并通过现场考核,完成了低质煤层气净化富集组合技术集成开发,编制了万吨级工业装置工艺软件包。周正明指出,该技术成果主要有两大创新点:一是选用非贵金属耐硫耐高温催化剂、脱氧处理费用低。二是创造性地提出了简捷合理的多段脱氧流程,显著提高了脱氧处理能力,降低了能耗,并且安全环保。

据了解,西南院目前已为20多家企业完成了方案设计和投资报价。中国昊华化工总公司教授级高工尹德胜预测,到2020年天然气在我国一次能源消费中的比例将由目前的2.7%增长到10%以上,年消费量达到1600亿—2100亿立方米,其中51%可由国内气田开采供应、39%可由进口液化天然气保障、10%则有赖于未来煤层气的开采利用。因此,该技术成果具有很广阔的市场前景。

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