来源： 时间：2021-06-09 10:04

大唐克旗煤制天然气项目在低阶煤利用道路上的探索与实践

刘永健

　　能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题。针对我国“富煤、少油、缺气”的能源结构特点，以及对外依存度高位攀升的能源现状，中国大唐集团率先开启了清洁能源转化的探索实践，大唐克旗煤制天然气项目作为我国首个由国家发改委核准的大型煤制天然气示范项目，主动承担起为国家能源安全提供保障能力的重任，同时也肩负我国煤制天然气领域“八个示范任务”的艰巨使命。十余年来始终锚定示范引领坐标、强化样板标杆定位，不断取得技术突破，在打造具有核心竞争力创新高地上迈出新步伐、跨越新高度。

　　艰辛探索突破重重瓶颈。克旗项目选择以褐煤为原料做示范项目的初衷，就是要深入探索煤质差、水含量高、发热量低、挥发分高的褐煤综合利用价值，为我国拓展低阶煤炭转化为清洁能源的新途径。面对投产之初因煤质问题引发的诸多技术难题，克旗项目在国内相关行业一穷二白、毫无经验可供借鉴的条件下，直面挑战，砥砺前行，联合相关科研院所专家、同类型企业先后攻关实施甲烷化催化剂还原方式优化、污水处理系统综合完善、输煤系统掺配筛分与末煤平衡综合改造等技改优化项目90余项，攻克了制约生产负荷提升、设备稳定运行、特别是水系统难以平等一系列技术瓶颈，装置全年有效运行时间由投产之初的180天提升至2020年的351天，天然气产量由最初的3.54亿方提升至12.59亿方，单日最高产量由之前的不足350万方提升至465万方，达到设计值的116%。实现装置安全、稳定、长周期、高负荷运行，并在 “以褐煤为原料的煤制天然气技术的可行性与可靠性”“净化气中有机硫成分对甲烷化催化剂寿命的影响”“污水处理系统零排放”三方面率先示范，树立了行业标杆。

　　苦练内功竭力困境求生。随着近年我国能源结构加速演变，克旗项目供销市场条件与最初设计出现较大差异，低迷的天然气售价与不断攀升的煤价导致装置经济性偏离预期。为有效应对，深入验证“以褐煤为原料的煤制天然气装置的各种能耗、物耗指标以及装置运行的经济性和盈利水平”，克旗项目以精益化生产管理为抓手，苦练内功，提升项目经济性。根据原设计参数，生产装置满负荷运行日产天然气400万方时，全部16台气化炉运行状态为15开1备，每千标方天然气耗原料标煤1850千克，耗原水7.36吨，耗电884千瓦时；而经过优化运行，14台气化炉运行即具备日产400万方生产能力，千标方原料煤消耗1825千克，低于设计值1.4%；耗原水6.10吨，低于设计值17%；耗电619千瓦时，低于设计值30%，且呈现稳步降低态势。此外，在天然气收入基本固定的情况下，克旗项目结合各副产品市场价格动态，不断从不同煤种掺配比例、气化炉运行工况、煤气水分离与酚氨回收系统沉降分离操作条件等方面入手，探索调整高价副产品结构比例，并在现有装置基础上加装液氧、液氮、氨水充装及含尘焦油提质改造等设施，使副产品收入在总收入中的比重由原设计的23%提升至28%以上。目前，克旗项目正在积极推进甲醇调峰、联产LNG、煤焦油提酚等高附加值项目，全力开发天然气管道沿线和大用户直供市场，逐步形成多元化经营格局。

　　集聚优势打造创新高地。示范项目不仅要完成既定的示范任务，还要在关键技术方面有新突破。克旗项目作为首例采用设计操作压力为4.0Mpa碎煤加压气化炉并以褐煤为原料的煤制天然气项目，经过对气化炉多年优化运行，实施夹套内壁堆焊、煤灰锁充泄压优化等一系列技术改造，基本实现了安稳长高运行，单炉最长连续运行时间达到241天，最高氧负荷可以达到设计负荷的120%，在“以褐煤为原料的碎煤加压气化炉运行的安全性、可靠性和稳定性，4.0Mpa碎煤加压气化炉的安全性和可靠性，所产生气体对系统管线设备的腐蚀性影响和采取的应对措施”三项示范任务上取得了瞩目的成绩。为进一步抢占创新高地、推动示范引领，克旗项目持续加大技术攻关力度，先后实施气化炉汽氧比优化、废热锅炉管束减薄问题治理、污水系统整体扩容优化改造、酚氨回收系统扩能研究等技术创新课题，使得气化炉运行经济性、稳定性得到进一步提升，污水系统完全具备满负荷处理能力，末煤平衡管控、污水处理流程优化等多项先行先试经验被行业内其他企业借鉴运用。配合大唐化工院全面开展甲烷化成套技术开发和替代应用，自主甲烷化工艺于2014年通过石化联合会科技成果鉴定，自主催化剂在克旗项目实现工业化应用，各项指标均优于同工况进口催化剂水平，打破了国外长期垄断的局面。截至目前，克旗项目累计获得授权发明专利6项、实用新型专利32项，专利局受理发明专利1项，实用新型专利4项，作为主要完成单位的《煤化工废水酚氨回收成套产业化技术开发与应用》获得石化联合会科技进步一等奖，结合国内外生产运行与工程建设经验编著的《煤制天然气合成技术与应用》《合成气甲烷化技术》成为行业发展的重要参考依据。

　　以人为本践行新发展理念。煤化工安全生产与污染治理一直备受行业内外关注，多年以来，克旗项目始终践行安全发展、绿色发展理念，严守安全环保红线底线。面对装置危害因素多、风险隐患频发的生产特性，坚持以安全标准化达标为抓手，聚焦责任管理、制度建设、激励约束、日常纠偏、素质提升等关键，不断强化顶层设计，压实各级责任，构建长效机制，推动安全管理基础有效夯实。针对天然气管道管控距离长、沿线高后果区多、事故后果严重等特点，坚持以管道完整性管理为切入点，全面构建安全风险分级管控和隐患排查整治双重预防机制，“关口前移”预防整治管道问题隐患，政企联动应急处置能力得到不断提升，管道本质安全水平处于行业前列。围绕装置达标排放与异味治理问题，先后实施二氧化碳排气筒改造、罐区油气回收、污泥干化、锅炉低氮燃烧器改造、超低排放改造、“三场一池”综合治理等环保提升项目，使得各项排放指标均符合或优于国家标准，污水处理完全实现零排放，固废处置满足环保规定要求，成为“以褐煤为原料煤制天然气装置环保排放指标能否达标”的最有力证明。

　　目前，克旗项目正在按照国家“碳达峰、碳中和”和清洁绿色发展有关部署要求，积极推进“以褐煤为原料的低温甲醇洗排放气异味治理、副产品提质提效改造、系统节能改造”等创新课题研究，一批诸如系统节水节电、VOCs综合治理、焦油0#异味治理深加工项目在“十四五”期间投运后，将进一步提升克旗项目绿色低碳生产水平，推动示范项目迈入高质量发展阶段。

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