新奧自主開發的煤催化氣化技術,作為先進的第三代氣化技術,是煤制天然氣最有效的工藝途徑之一。該技術不同于傳統煤制天然氣工藝,通過添加催化劑將煤氣化、變換和甲烷化三種反應耦合在一個加壓流化床氣化爐中進行,實現一步合成煤基天然氣。
煤催化氣化技術,是指在多功能催化劑作用下,煤和氣化介質(水蒸氣、氫氣、一氧化碳)在一個反應器內同時發生煤氣化、變換和甲烷化三個反應,將吸熱反應和放熱反應有效耦合起來,大幅提高甲烷產率和系統能效。反應器采用加壓流化床氣化爐,反應溫度700-800℃,反應壓力3.0-4.5MPa,出口煤氣中甲烷含量可達24%。
新奧自主開發的煤催化氣化技術于2008年立項,先后搭建完成實驗室基礎研發、0.5t/d小試PDU和5t/d中試PDU等研發平臺,進行了催化劑開發、負載及回收技術、煤種選擇與催化劑匹配技術、計算機模擬輔助工程放大技術、加壓流態化穩定控制技術、油氣水塵復雜物相分離技術和流化床氣化爐整體設計方案等核心技術的開發和驗證。目前,新奧煤催化氣化技術已形成了涵蓋催化劑體系、流化床氣化爐、后處理系統等200余項具有自主知識產權的專利體系;參與起草編制了多項國家標準、地方標準和企業標準;負責承擔并參與了包括國家科技支撐計劃、國家973計劃和國際科技合作項目在內的多項國家級課題,獲得了業界廣泛的認可和支持。
該技術于2014年8月通過了河北省科技廳組織的科技成果鑒定,技術水平達到國際領先。在2016年第九屆國際發明展上,該技術榮獲了發明創業獎-金獎。
2013年起,在中試研究基礎上啟動了催化氣化千噸級工業示范項目設計工作。2016年4月,日處理煤量1500噸的煤催化氣化工業裝置在內蒙古達拉特旗開工建設,2018年6月完成裝置中交。2018年9月8日11:58催化氣化主裝置一次投料成功,打通工藝全流程,成功產出合格LNG產品,標志著世界首套自主開發的煤催化氣化制天然氣裝置進入工業化階段。
示范裝置經過兩年多投料試車,先后利用內蒙古地區羊場、李五興、魏家峁、孫家壕等多種低價劣質煤實現系統運行,各項技術指標穩定,目前已累計運行1300余小時。經初步核算,該技術單方天然氣生產成本比傳統煤制氣技術降低21.8%,成本優勢明顯。
未來,新奧煤催化氣化工業示范裝置將持續進行優化創新、智慧運營,逐漸向成熟工業裝置邁進,為煤制天然氣行業技術升級和高質量發展提供新的技術方案。
煤種適應性廣。煙煤、次煙煤、褐煤及部分無煙煤可采用催化氣化技術實現高效利用。
能量利用效率高。采用煤熱解、催化氣化、燃燒相結合的分級轉化技術,過程熱效率高達76%,比常規技術高15%左右,提高甲烷產率的同時,二氧化碳排放比傳統煤制氣降低37%以上。
過程經濟性好。甲烷和焦油聯產,大幅提高過程經濟性,相比等規模傳統煤制氣單方甲烷成本降低24%以上。
環境友好。煤氣降溫采用間接冷凝技術,不產生洗焦廢水,爐內未分解水用于催化劑回放,實現廢水近零排放。
煤催化氣化制天然氣技術對我國較為豐富的低階煤資源具有很好的適應性,能源轉化效率、環保指標均可滿足國家要求,比水耗、比煤耗均高于行業先進值,該技術不僅實現了對低階煤資源的高效開發和清潔化利用,還可彌補我國天然氣需求快速增長形成的供應缺口,具有良好的社會效益和市場前景。