基于煤和天然氣聯(lián)合制取合成氣工藝研究進(jìn)展

卞潮淵，慕韓鋒

（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)公司北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075）

基于煤和天然氣聯(lián)合制取合成氣工藝研究進(jìn)展

卞潮淵，慕韓鋒

（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)公司北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075）

回顧了以煤和天然氣為原料通過不同工藝流程制備合成氣用以化工合成或發(fā)電的研究進(jìn)展。介紹了以煤和天然氣為原料分別制取合成氣后再匯合的工藝流程和共氣化技術(shù)等不同工藝路線的特點(diǎn)。研究了煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化制備合成氣時(shí)不同工藝路線在元素互補(bǔ)、能量利用、雜質(zhì)混合等方面的表現(xiàn)。結(jié)果表明是否考慮煤和天然氣的碳?xì)湓鼗パa(bǔ)以及煤氣化熱量的有效利用將成為決定工藝流程優(yōu)劣的重要因素。研究表明，煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化分別制備合成氣后匯合的工藝技術(shù)更易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，共氣化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用較易受到氣化爐反應(yīng)條件的限制，尤其是內(nèi)置換熱管式的共氣化技術(shù)。進(jìn)行比較后，認(rèn)為以煤和天然氣為原料的多原料系統(tǒng)能夠降低原料消耗、同時(shí)減排二氧化碳，符合煤炭的清潔利用要求，具有一定優(yōu)勢(shì)。

多原料系統(tǒng)；氣化；過程系統(tǒng)；合成氣；熱量利用

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，資源消耗水平也在快速增加，這造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。能源的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)問題愈加突出。目前，水能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能等清潔能源在近期內(nèi)并不會(huì)得到較大的發(fā)展，以煤和石油為主的我國能源結(jié)構(gòu)在一定的時(shí)間內(nèi)并不會(huì)發(fā)生深刻的變化［1-2］。因此，當(dāng)前迫切的問題在于如何能夠更加清潔、有效地利用煤炭資源，實(shí)現(xiàn)煤的清潔綜合利用。就當(dāng)前而言，煤的氣化是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔綜合利用的有效途徑之一。以煤為原料經(jīng)氣化過程生產(chǎn)合成氣后，合成氣中氫碳比在 0.4～0.7［3］，對(duì)于一般的化工合成過程來說，需要經(jīng)過變換單元以提高合成氣氫碳比，但該過程將因此產(chǎn)生大量的二氧化碳。天然氣轉(zhuǎn)化過程為吸熱過程，其所產(chǎn)合成氣氫碳比較高，與煤基合成氣的互補(bǔ)性較強(qiáng)。

考慮到煤炭資源和天然氣資源存在著“元素互補(bǔ)”的特性，即煤中碳元素含量多，而天然氣中氫含量多，因此，在生產(chǎn)合成氣的過程中，考慮將煤炭資源和天然氣資源通過多種工藝形式組合以生產(chǎn)合成氣，不但能夠取消或降低后續(xù)的合成氣變換單元的負(fù)荷，同時(shí)也可通過“能量梯級(jí)利用”降低系統(tǒng)能耗。目前，國內(nèi)外普遍采用以煤或天然氣為原料的合成氣制備工藝，技術(shù)上已較為成熟。但受到區(qū)域間資源稟賦的影響，很少有將煤氣化或者天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行耦合以制備氫碳比合適的合成氣。在我國的某些地區(qū)（如內(nèi)蒙古、陜甘寧、準(zhǔn)格爾、塔里木等地），連續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多大型天然氣田，同時(shí)在這些地區(qū)又蘊(yùn)藏著豐富廉價(jià)的煤炭資源，這些地區(qū)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)煤炭和天然氣資源的聯(lián)合氣化創(chuàng)造了條件［4］。當(dāng)前，國內(nèi)外以多種方式聯(lián)合煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)制取合成氣的研究較多，本研究將討論聯(lián)合煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并通過總結(jié)提出今后該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。

1 煤氣化技術(shù)和天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)分析

煤炭是世界上最豐富的化石能源，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)是各國利用煤炭資源的發(fā)展方向［5-8］。煤氣化作為重要的潔凈煤利用技術(shù)，目前已經(jīng)發(fā)展出數(shù)十種氣化爐，可分為固定床、流化床和氣流床三大類。由于煤種的多樣性以及不同氣化技術(shù)之間的差異，因此并不能簡(jiǎn)單的評(píng)述某一種氣化技術(shù)的好壞，而是要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施狀況來確定所選技術(shù)類型［9］。煤氣化過程為放熱反應(yīng)，其主要的化學(xué)反應(yīng)如式（1）～式（6）。

天然氣作為另一大類的能源，在我國的國民經(jīng)濟(jì)中同樣占有重要的地位，天然氣的化工利用主要是通過間接途徑，即首先將天然氣轉(zhuǎn)化為合成氣，再將合成氣轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或液態(tài)烴［10］。

天然氣轉(zhuǎn)化的手段包括蒸汽重整、自熱重整、非催化部分氧化和催化部分氧化等工藝。目前，我國已快速成為全球煤制其他能源以及相關(guān)化工產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)者，而大規(guī)模煤制天然氣項(xiàng)目也在中國落地生根［11］。天然氣制取化工產(chǎn)品間接轉(zhuǎn)化法是天然氣先制合成氣，由合成氣再生產(chǎn)清潔油品、甲醇、低碳烯烴等化工產(chǎn)品［12］。天然氣轉(zhuǎn)化過程為吸熱反應(yīng)，需要消耗大量的天然氣以維持反應(yīng)所需的熱量。其主要的化學(xué)反應(yīng)如式（7）～式（11）。

煤氣化反應(yīng)過程放出大量的熱量，其所產(chǎn)的合成氣中氫碳比較低。而天然氣轉(zhuǎn)化過程需要消耗大量的熱量以維持反應(yīng)的進(jìn)行，這導(dǎo)致大量的天然氣并沒有參與反應(yīng)，而是作為燃料氣消耗掉了。另外，天然氣轉(zhuǎn)化所產(chǎn)的合成氣氫碳比較高。針對(duì)氣化過程和天然氣轉(zhuǎn)化過程在能量與元素方面存在明顯的互補(bǔ)特點(diǎn)，將氣化過程釋放的熱量作為天然氣轉(zhuǎn)化所需的熱量，實(shí)現(xiàn)能量的互補(bǔ)，能夠大大降低燃料的消耗。另外，實(shí)現(xiàn)元素間的互補(bǔ)不但降低了后續(xù)變換裝置的投資，而且降低了為調(diào)整氫碳比而在變換裝置增加的二氧化碳。

2 煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化耦合

以煤和天然氣為原料制取合成氣的工業(yè)系統(tǒng)本質(zhì)上屬于多原料系統(tǒng)。目前針對(duì)多原料系統(tǒng)的研究非常的豐富［13-17］。本研究主要回顧了以煤和天然氣為原料的多原料系統(tǒng)。

對(duì)聯(lián)合煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化制備合成氣的研究主要集中在如何能夠使得煤氣化技術(shù)和天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)更好的耦合，以便實(shí)現(xiàn)氫碳互補(bǔ)以及能量充分利用的目的。當(dāng)前，這方面的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：①煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化分別制取合成氣再匯合；②以煤和天然氣為原料的共氣化技術(shù)。根據(jù)目前相關(guān)領(lǐng)域的研究情況，以上各領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況介紹如下。

2.1 煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化分別制取合成氣

充分利用煤和天然氣各自資源特點(diǎn)，進(jìn)而將煤氣化技術(shù)和天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合的較早設(shè)計(jì)來自于美國Kellogg公司的VAN DIJK等［18］，其設(shè)計(jì)的流程如圖1。

圖1 氣化-轉(zhuǎn)化工藝流程

來自于外界的煤、水和氧氣進(jìn)入氣化爐氣化后，為了調(diào)整氫碳比，部分合成氣進(jìn)入變換單元調(diào)整氫碳比，這部分合成氣出變換單元后與未參與變換的合成氣匯合，進(jìn)入凈化單元脫除二氧化碳和硫化氫，出凈化單元的凈合成氣部分與天然氣轉(zhuǎn)化單元的合成氣匯合，同時(shí)來自甲醇Ⅰ廠的富氫未反應(yīng)氣體匯入凈化后的合成氣，使合成氣氫碳比符合制甲醇的要求，進(jìn)入甲醇Ⅱ廠，生產(chǎn)甲醇產(chǎn)品。

原料天然氣進(jìn)天然氣轉(zhuǎn)化單元轉(zhuǎn)化為合成氣后，與來自煤基的富碳合成氣匯合，進(jìn)入甲醇反應(yīng)器，一次通過，生產(chǎn)的甲醇作為甲醇Ⅰ廠的產(chǎn)品，未反應(yīng)完的富氫合成氣與煤基合成氣匯合進(jìn)入甲醇Ⅱ廠。

作為較早的研究煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)聯(lián)合制取合成氣的工藝，該流程充分考慮了煤炭資源和天然氣資源的特點(diǎn)，能夠在一定程度上做到元素互補(bǔ)。然而，其煤基制取合成氣的路線中，仍然有變換單元，這使得變換單元的投資并沒有較大程度的節(jié)省，而且，天然氣轉(zhuǎn)化所需要的大量的熱量需從燃料天然氣中獲得，煤氣化單元的熱量并沒有能夠很好地得到利用。

周齊宏等［19-20］在建模仿真的基礎(chǔ)上比較了單原料（煤）系統(tǒng)和多聯(lián)供（煤和天然氣）多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱效率和?損失，結(jié)果表明以煤和天然氣為原料的系統(tǒng)的熱效率高于單原料系統(tǒng)，系統(tǒng)的?損失主要是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為物理能過程所造成的。ZHOU等［2，21］構(gòu)建了以煤和天然氣為原料生產(chǎn)二甲醚和電力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分考慮了煤與天然氣資源的元素互補(bǔ)，取消了變換單元，該系統(tǒng)與煤基系統(tǒng)、天然氣基系統(tǒng)進(jìn)行了比較，結(jié)果表明煤與天然氣的多原料系統(tǒng)的熱效率優(yōu)于單原料系統(tǒng)，且由于取消了變換單元，系統(tǒng)的二氧化碳排放量降低，屬于環(huán)境友好型能源系統(tǒng)。SALKUYEH等［22］從降低CO2的排放角度出發(fā)，利用核能作為天然氣轉(zhuǎn)化所需的熱源，煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的合成氣匯合后作為后續(xù)費(fèi)托合成的原料，結(jié)果顯示該方案能夠降低22%的燃料氣消耗，與傳統(tǒng)煤制油項(xiàng)目相比，該技術(shù)路線能夠降低79%的CO2排放。

劉敬堯等［23］針對(duì)煤和天然氣自身特點(diǎn)，尋找綜合互補(bǔ)利用的方法，提出了天然氣輔助煤作為原料的、以合成氣為核心的多聯(lián)供多聯(lián)產(chǎn)能源化工系統(tǒng)的概念，其出發(fā)點(diǎn)在于煤和天然氣存在氫碳互補(bǔ)的特點(diǎn)，而且，天然氣蒸汽重整過程能夠利用煤氣化過程放出的大量的熱量，提高了系統(tǒng)整體能量和物質(zhì)的利用效率，實(shí)現(xiàn)了能源資源的合理利用。

劉敬堯［24］根據(jù)以煤和天然氣為原料的多聯(lián)供多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，考慮到甲醇合成單元中，為了避免惰性氣體在系統(tǒng)中的積累，需釋放掉一部分的未反應(yīng)氣，因此提出了合成氣通過甲醇合成反應(yīng)器后，部分未反應(yīng)氣循環(huán)回到反應(yīng)器繼續(xù)參與合成反應(yīng)，而另一部分未反應(yīng)氣則與新補(bǔ)充的天然氣混合，進(jìn)入聯(lián)合循環(huán)單元發(fā)電，如圖2所示。該系統(tǒng)能夠提高發(fā)電單元的效率，并使天然氣的應(yīng)用效率達(dá)到最佳。NEATHERY等［25］設(shè)計(jì)的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，同樣應(yīng)用了該思想，即把天然氣作為燃料與合成反應(yīng)的尾氣混合后送往聯(lián)合循環(huán)單元生產(chǎn)電力，可增大煤基多聯(lián)產(chǎn)發(fā)電單元規(guī)模，提高系統(tǒng)整體效率。

圖2 天然氣輔助煤多聯(lián)供甲醇電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

通過煤的氣化和天然氣轉(zhuǎn)化單元分別制取合成氣，進(jìn)而根據(jù)后續(xù)合成單元的要求進(jìn)行變換及凈化。這類工藝路線的優(yōu)勢(shì)在于所采用的煤氣化技術(shù)和天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)都已經(jīng)較為成熟，單獨(dú)技術(shù)都已有工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)，因此這類工藝更易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。另外，是否采用變換裝置需根據(jù)實(shí)際情況來考慮。實(shí)際上，變換裝置的加入能夠使得整個(gè)系統(tǒng)更具彈性，有利于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。目前，陜西延長(zhǎng)中煤榆林能化公司已建成全球首套煤油氣資源綜合轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，該項(xiàng)目將煤氣化、天然氣轉(zhuǎn)化以及其它裝置副產(chǎn)的合成氣作為下游甲醇合成的原料氣，實(shí)現(xiàn)了煤和天然氣的元素耦合。此即煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化成功工業(yè)應(yīng)用的案例［26］。

2.2 共氣化技術(shù)研究進(jìn)展

考慮到煤和天然氣的元素互補(bǔ)以及熱量合理利用的特點(diǎn)，將煤和天然氣同時(shí)作為原料進(jìn)入氣化爐進(jìn)行“共氣化”制備合成氣成為了該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，我國中科院過程工程研究所進(jìn)行了大量的相關(guān)工作。李俊嶺等［27-29］提出了以煤和天然氣為原料一同進(jìn)入氣化爐以實(shí)現(xiàn)共氣化制備合成氣，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的制備爐。氣化爐各部分的反應(yīng)過程及其熱力學(xué)特點(diǎn)如圖3所示。該氣化爐自上而下分為干餾段和氣化段，原料煤自爐頂進(jìn)入，氧氣、蒸汽自干餾段變徑過渡段進(jìn)入，天然氣、氧氣自氣化段變徑過渡段進(jìn)入，合成氣從爐體中部離開。該方法可利用廉價(jià)的煤替代傳統(tǒng)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝中消耗的燃料天然氣，能夠使合成氣成本降低，且可靈活調(diào)整合成氣H2/CO。

圖3 合成氣氣化爐熱力學(xué)模型計(jì)算框圖［28］

宋學(xué)平等［30-31］通過試驗(yàn)表明共氣化氣化爐合成氣最佳出口溫度應(yīng)控制在1000℃左右，有效氣濃度大于95%，所得合成氣的H2/CO在1.0～1.5之間可以調(diào)節(jié)。歐陽朝斌等［3，32-33］對(duì)共氣化反應(yīng)器進(jìn)行熱態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為所產(chǎn)合成氣的H2/CO可在1.0～2.0之間，有效氣成分大于90.0%，殘留CH4小于2.0%，其設(shè)計(jì)的工藝流程含CO變換單元，以便于更加靈活地調(diào)整合成氣氫碳比。

KANEKO等［34］在傳統(tǒng)的IGCC系統(tǒng)中為利用氣化爐的熱量，在氣化爐內(nèi)增加了換熱管，換熱管內(nèi)為天然氣和蒸汽，氣化爐氣化過程產(chǎn)生的熱量供換熱管內(nèi)發(fā)生天然氣蒸汽重整反應(yīng)，氣化爐生產(chǎn)的合成氣經(jīng)凈化后與換熱管產(chǎn)生的合成氣混合進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)電力。

BRIESCH等［35］又對(duì)以上工藝進(jìn)行了改進(jìn)，氣化爐并不做改變，但緊接氣化爐設(shè)置一套天然氣蒸汽重整裝置，利用合成氣顯熱使得天然氣蒸汽重整反應(yīng)得以進(jìn)行。

但以上兩種工藝由于是用來生產(chǎn)電力，因此沒有考慮合成氣的氫碳比。在認(rèn)識(shí)到這個(gè)問題后，ADAMS等［36］系統(tǒng)的對(duì)不同煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化的結(jié)合方式進(jìn)行了分析，認(rèn)為共氣化過程存在以下兩個(gè)方面的缺點(diǎn)：①由于氣化區(qū)域發(fā)生了吸熱過程，這導(dǎo)致氣化爐壁的灰渣加速玻璃化，阻止了其向下的流動(dòng)性，可操作性方面存在問題；②原料煤中的雜質(zhì)擴(kuò)散到了煤和天然氣共同制備的合成氣之中，因此導(dǎo)致雜質(zhì)稀釋，增加了氣化單元后續(xù)凈化單元的負(fù)荷，使得投資增大。其提出了新的共氣化工藝，如圖4所示，在氣化爐內(nèi)設(shè)置換熱管，管內(nèi)通天然氣和蒸汽，以氣化爐內(nèi)產(chǎn)出的合成氣所攜帶的熱量作為換熱管內(nèi)天然氣蒸汽重整所需的熱源，氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的煤基合成氣經(jīng)凈化后與天然氣基的合成氣匯合，作為后續(xù)合成單元或發(fā)電單元的原料。該工藝方案與傳統(tǒng)氣化方案以及天然氣蒸汽重整在氣化爐外部換熱的方案比較后可以知道，該方案總的能量利用率達(dá)到了 48%，超過了另外兩種方案的44%和47%。

圖4 氣化爐內(nèi)置天然氣蒸汽重整工藝流程［16，36］

綜上所述，目前對(duì)共氣化的研究基本上有兩條工藝路線，一是煤和天然氣作為原料進(jìn)入一臺(tái)共氣化氣化爐，該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)元素互補(bǔ)和能量利用，大大降低天然氣轉(zhuǎn)化工藝中消耗的燃料天然氣量?？紤]到天然氣轉(zhuǎn)化條件較氣化條件溫和，與傳統(tǒng)氣化相比，共氣化裝置對(duì)氣化爐材質(zhì)并沒有特別要求。但該工藝路線的缺點(diǎn)在于將潔凈的天然氣與煤同時(shí)投入到一個(gè)共氣化氣化爐以生產(chǎn)合成氣，這增加了后續(xù)凈化單元的負(fù)荷，同時(shí)，對(duì)于煤粉氣化爐而言，灰渣的流動(dòng)性也是潛在的問題之一。目前，國內(nèi)西北化工研究院已經(jīng)完成了共氣化裝置實(shí)驗(yàn)室小試，下一步準(zhǔn)備進(jìn)行中試放大試驗(yàn)［37］。另一種共氣化工藝路線是在氣化爐內(nèi)設(shè)置換熱管以便在氣化爐內(nèi)部分隔氣化和轉(zhuǎn)化過程，同時(shí)又可以使轉(zhuǎn)化過程充分利用氣化產(chǎn)生的熱量。氣化產(chǎn)生的合成氣凈化后再與從氣化爐內(nèi)換熱管出來的合成氣匯合。該工藝路線完全避免了以上多種煤氣化和天然氣轉(zhuǎn)化工藝路線存在的缺陷，煤氣化與天然氣轉(zhuǎn)化結(jié)合過程中的元素互補(bǔ)、能量互補(bǔ)以及不增加凈化單元壓力等問題。但是，由于要在氣化爐內(nèi)設(shè)置換熱管，使得整個(gè)共氣化氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)換熱管材質(zhì)要求也會(huì)較高。該工藝目前僅處于概念設(shè)計(jì)階段，未見后續(xù)相關(guān)報(bào)道。

3 不同煤與天然氣制合成氣策略的特點(diǎn)

總體而言，目前使用煤和天然氣為原料共同制取合成氣的工藝可分為兩大類，一類是煤氣化技術(shù)與天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)分別制取合成氣，可以調(diào)整制備的合成氣的氫碳比。另一類是共氣化技術(shù)及其相近技術(shù)，可以做到合成氣氫碳比的調(diào)整和較合理的能量利用，且調(diào)整流程后可不增加后續(xù)凈化單元的負(fù)荷。

煤氣化技術(shù)與天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)分別制取合成氣工藝能夠靈活實(shí)現(xiàn)氫碳資源的互補(bǔ)，降低CO2的排放，且相關(guān)技術(shù)成熟可靠，可操作性強(qiáng)，目前已有工程項(xiàng)目成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。但該工藝路線需解決的問題是如何合理利用煤氣化過程釋放的熱量，以便提高全廠整體的能量利用效率。另外，在制備合成氣的后續(xù)單元中是否考慮設(shè)置變換單元也是值得考慮的一個(gè)問題。理論上，煤氣化技術(shù)與天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)分別制取合成氣工藝完全能夠使得生產(chǎn)的合成氣氫碳比滿足下游合成單元的氫碳比要求，然而，這類系統(tǒng)在工程應(yīng)用中存在彈性不足的缺陷，因此建議在工業(yè)應(yīng)用中，應(yīng)設(shè)置變換單元以便使得整個(gè)系統(tǒng)具備一定的彈性，使其具有更寬的操作彈性。

共氣化技術(shù)能夠調(diào)整合成氣氫碳比，且利用了氣化過程產(chǎn)生的熱量作為天然氣蒸汽重整過程的燃料，較好的利用了能量。然而，共氣化技術(shù)仍然存在一定的問題需要解決。共氣化技術(shù)所涉及的兩種工藝路線中，煤與天然氣共同進(jìn)入共氣化氣化爐的工藝路線對(duì)氣化爐材質(zhì)要求并不太高，無論是水煤漿氣化爐或煤粉氣化爐都能夠在現(xiàn)有設(shè)備材質(zhì)上實(shí)現(xiàn)。該工藝路線的缺陷在于由于煤中的雜質(zhì)擴(kuò)散到了天然氣中，導(dǎo)致后續(xù)凈化單元的負(fù)荷增加。目前，該技術(shù)路線已準(zhǔn)備進(jìn)行中試試驗(yàn)［37］。在氣化爐內(nèi)增加換熱管的共氣化方式避開了雜質(zhì)互混的問題，然而，在氣化爐內(nèi)的高溫高壓環(huán)境下，對(duì)換熱管的材質(zhì)要求將會(huì)非常的苛刻，這也是該類技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的主要障礙，目前，該類技術(shù)僅存在于理論化設(shè)計(jì)中，并未有更多的報(bào)道。另外，共氣化技術(shù)對(duì)于合成氣氫碳比的調(diào)節(jié)顯然不如煤氣化技術(shù)與天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)分別制取合成氣工藝靈活。

GANGADHARAN等［38］通過流程模擬從經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保和效率的角度比較了煤氣化和天然氣技術(shù)耦合和共氣化技術(shù)的優(yōu)劣，其計(jì)算結(jié)果表明煤氣化和天然氣技術(shù)分別指取合成氣工藝的?效率（67.07%）大于共氣化工藝路線（64.34%），這與上述的結(jié)論并不一致，造成這種情況的原因在于其所構(gòu)建的模型中，氣化爐出來的氣體（1380℃）未經(jīng)任何處理直接進(jìn)入熱回收單元，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入IGCC單元發(fā)電，這是造成其?效率優(yōu)于共氣化技術(shù)的主要原因。實(shí)際上，出氣化爐裝置的氣體在進(jìn)入變換（如果有）和凈化單元前，必需經(jīng)過一系列的分離、水洗過程，以便去除合成氣中含有的雜質(zhì)，出口溫度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到1380℃。

4 結(jié) 語

（1）煤氣化與天然氣轉(zhuǎn)化聯(lián)合制備合成氣相較傳統(tǒng)的煤氣化技術(shù)或天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)具有降低投資、降低 CO2排放等優(yōu)勢(shì)，且工程應(yīng)用前景廣闊，在資源條件適宜地區(qū)適合開展此類項(xiàng)目。

（2）煤氣化與天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)耦合能夠?qū)崿F(xiàn)元素互補(bǔ)、氫碳比調(diào)整靈活度高、工業(yè)實(shí)現(xiàn)較容易，但其對(duì)氣化釋放的能量利用程度較低；共氣化技術(shù)的氫碳比調(diào)整靈活度不如煤氣化與天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)耦合工藝，但其對(duì)熱量利用較為合理，能夠有效提高系統(tǒng)的能量利用效率，且沒有增加后續(xù)凈化單元的負(fù)荷，同時(shí)能夠減排CO2，其工業(yè)應(yīng)用難度雖高于煤氣化與天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)耦合，但在解決工程化問題之后，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。

（3）煤和天然氣聯(lián)合制備合成氣方法較多，但其核心仍然是以能量利用效率的高低以及經(jīng)濟(jì)性的好壞作為核心，且二者之間存在一定的聯(lián)系。因此，工藝的優(yōu)劣將根據(jù)其能量利用效率以及經(jīng)濟(jì)性為衡量標(biāo)準(zhǔn)，但同時(shí)需考慮企業(yè)自身的特點(diǎn)靈活應(yīng)用。

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Research progress based on coal and natural gas to produce syngas

BIAN Chaoyuan，MU Hanfeng
（Shaanxi Yanchang Petroleum Group Beijing Petrochemical Engineering Co.，Ltd.，Xi'an 710075，Shaanxi，China）

This paper reviewed the research progress of coal and natural gas as raw materials to produce syngas，which can be applied to chemical synthesis or power generation. The features of two processes on production system using coal and natural gas as raw materials to produce syngas were introduced. One is coal and natural gas produced syngas separately and then converged and another co-gasification process. The results showed that the characteristics of elements of coal and natural gas and heat utilization of gasification were the key factors to select the process. The process of coal and natural gas produced syngas separately and then converged was simple to operate and easy to be industrialized. The industrialization of co-gasification process was limited by the reaction condition. Compared with traditional industrial system with single feed syngas preparation，the multi-feed system by coal and natural gas could decrease the consumption of raw materials and the CO2emission. This process meets the clean coal utilization，which should be encouraged.

co-feed systems；gasification；process systems；syngas；heat utilization

F 407.21

A

1000-6613（2016）10-3136-06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.10.017

2016-02-13；修改稿日期：2016-06-08。

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（JT1014SKF0020）。

及聯(lián)系人：卞潮淵（1963—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師。E-mail muhanfeng@bpdi.com.cn。