爱华网煤制气能否弃选鲁奇气化炉？
为什么选择鲁奇气化？
目前国内在建和拟建的煤制天然气（即煤制甲烷）项目，基本上都是参照美国大平原工厂的工艺。美国大平原厂已经运行多年，整体技术是成熟的。该工艺主要是由“气化+变换+净化+合成+副产物处理”组成的典型煤化工工艺路线，以鲁奇炉气化为先导。在装置设计方面，国内煤制气项目大部分是以每系列13.3亿标米为基准，设计值为40亿标米的装置，是3个13.3亿标米系列，原料主要是褐煤，或者是低阶烟煤，工艺路线与美国大平原厂工艺基本相同。
美国大平原厂选择鲁奇气化炉是有历史原因的。当时上世纪八十年代初期，大平原厂用的是褐煤，唯有鲁奇气化技术比较成熟。而目前国内煤制天然气项目设计采用鲁奇炉工艺的主要原因有这样几点：
（1）根据美国大平原厂的经验，褐煤适合于鲁奇炉。鲁奇炉气化温度低，出口气体中含有10%左右的甲烷，可以减少合成甲烷的负荷，副产品可以销售，从而降低合成天然气的成本。而且，近期国内设计院对鲁奇炉的操作压力作了提高，达到4.0MPa甚至还高,甲烷含量还会提高，这就可以明显减少甲烷合成单元的负荷。
（2）尽管有人建议在项目中采用气流床中的航天炉、壳牌炉、GSP等炉型，但是让褐煤干燥后再投入在气流床中，技术未必成熟。
（3）有一些项目的原料是低阶烟煤，含挥发份量少，导致煤气处理后的污水量少，所以采用鲁奇炉工艺比较合适。
（4）也有人建议采用BGL炉工艺，但是迄今这种炉子的工艺没有过关。
鲁奇气化炉不足之处
对国内煤制天然气项目采用鲁奇炉工艺的局面，业内也有不同的意见。这主要原因是鲁奇炉工艺存在以下的不足：
（1）鲁奇炉气化出口的气体中组分复杂。
通常，鲁奇炉工艺是在3.1MPa的 压力下，用3.8MPa的蒸汽和纯氧气作气化剂，5～50mm的块煤气化制得粗煤气。煤中的轻质组分在气化过程中转化为焦油、酚、氨、烷烃类、芳香烃类、杂环类、氨氮和氰、砒啶、烷基吡啶等物质与煤气同时产生。在随后的煤气洗涤、冷却、净化过程中，上述物质中的绝大部分进入煤气水中。当提高气化压力时，这些组分的含量也会增加，随即产生的污水对环境的压力很大。因为煤气水含尘、含油多,易结晶,堵塞管道、泵等设备,堵塞仪表导压管等,给操作带来麻烦。由于从煤气水分离装置来的油超标,影响了脱酚和脱氨氮的效果。生产中，有时煤气水中油含量超标15～18倍,酚和氨氮超标2～4倍。而且，处理这样的含酚污水，投资巨大。在已有的项目中，一个年产40亿方规模的装置，投资在300亿元左右（不含管道），污水处理的总投资达到20多亿元。即便这样，还不能处理干净，对周围农业造成不良影响。
近期，有单位称，采用多级生化组合技术，可以将鲁奇炉的污水全部处理干净。在大规模装置的情况下，这个办法是否可行，还需要实践数据。
（2）鲁奇炉使用碎煤，规格在5至50毫米之间，在现代化采煤的过程中，这样的规格往往不到开采出煤量的20%，大量的煤粉需要另外处理。
（3）尽管鲁奇炉的炉体本身投资比较低，但是作为一个工程总体投资，与采用气流床的装置投资大体相等。每生产1亿标米规模的合成天然气装置总投资约为7～8亿元。
（4）鲁奇炉制取合成天然气的效益虽然比较高，但也要靠副产焦油、中油、石脑油、粗酚、硫磺的销售来实现利润。据统计，副产品的价值相当于鲁奇炉制取合成天然气产品价值的18%。换句话说，如果天然气的价格提高了，采用其它煤气化技术生产合成天然气，即使没有这些副产品也可以不亏损，而且环境的压力还没有这么大。
（5）提高气化压力后，尽管气化产生的甲烷有所增加，氧耗量有所降低，可以减少合成的负荷，减少循环气的流量，但是并不能增加产量。合成负荷的减少，同时也减少了合成副产高压蒸汽的量。
如果弃选鲁奇炉......
业内普遍认为，为了提高我国煤制气工程的技术水平，适应大规模装置建设的需要，消除对环境的污染，应该改进煤制天然气工艺。
对于如何改进，国内有两种不同的思路。一种思路是改进含酚污水的处理技术，使其达到零排放；另一种思路是不应该再简单复制美国大平原煤制气工厂的工艺流程，鲁奇炉未必是煤制气工艺的必须，中国应该立足煤气化工艺的创新。
我赞成后一种思路。改进煤制天然气工艺，可以从两方面着手：一是改进褐煤制浆技术，使其制浆浓度达到60%，从而可以采用气流床水煤浆气化技术；二是采用品质比较好的煤，从而可以采用各种已经成熟的气流床气化技术。
（1）以褐煤为原料的煤制气
褐煤的煤化程度低、具有水分高（20%～40%）、热值低（2500～3500大卡）、易自燃等特点。褐煤的干燥成型技术也并不成熟。由于存在着含水量高、挥发分高、热稳定性差、化学活性高，褐煤在干燥后会生成大量粉尘，易自燃和爆炸等不足。堆积如山的煤沫难以运输和使用，不仅占用了大量土地，严重污染环境，还容易造成火灾隐患，导致不利于作气流床气化的原料。因此，以前以褐煤为原料的煤制天然气的工艺采用鲁奇炉工艺是不得已而为之。
近期，有企业称，可以采用干磨褐煤成细粉然后制浆的办法（微细干粉水煤浆制备技术+新型添加剂），用物理法和化学法打破褐煤中的含水官能团，使其不能流动的水变为可流动水，不经过干燥可以达到褐煤制浆浓度在59%以上，从而实现褐煤水煤浆气化。如果这个办法被证明在大规模装置上可行，那么煤气化过程不再存在含酚污水处理的问题，也就是说，即使不用鲁奇炉也可以解决褐煤气化的问题了。
当然，这个方法对磨机的要求很高，并且要消耗更多的动力，能耗会增加。这就需要作认真的技术经济的比较，如果能耗增加不太多，相比污水处理更加容易实现。这个方法如果成功，是煤气化技术上的一个重大创新。
（2）以烟煤为原料的煤制气
目前国内气流床技术已经过关，烟煤制浆气化和干煤粉气化技术已经成熟，完全可以不采用鲁奇气化技术，采用或部分采用气流床技术，如航天炉、多喷嘴、两段炉、清华炉、GSP等气化技术，环保问题可以明显改善，同时解决了大量的粉煤的出路。这个模式实际上是“部分鲁奇炉+部分气流床气化炉”的混合工艺。
（3）油、气产品共存的混合工艺
有的项目需要一些焦油，可以采用“部分鲁奇炉+部分水煤浆气化炉”的混合工艺，将鲁奇炉工艺产生的污水用于制浆，将水煤浆气化产生的污水进行生化处理。这种情况特别适合于煤制天然气和费托合成油共存的能源化工企业。将焦油加氢制取的油品与费托合成的油品混合，可以改善油品的部分指标。在这种情况下，不宜完全排斥鲁奇炉工艺。
（来源：化化网煤化工作者：北京中科合成油工程有限公司唐宏青）
