合成气体的产生及成本优化分析

1.1.1 煤的气化

合成气体的产生在CTL和GTL技术中是最重要的、成本最大的部分。高成本不仅仅取决于汽化器和转化炉的成本，而且取决于从空气中分离氧气的低温设备的成本。

煤在气化器中反应的最简单的形式如下所示：

aC+bH₂O+cO₂=dCO+eH₂+fCO₂（1）

化学计量系数实际值将取决于气化技术的类型和运行的条件。

根据使用的汽化床层类型不同，绝大多数汽化技术都可以归为三类中的一种^[1]。这三类分别是：固定床或移动床、流化床和气流床气化炉。或者也可以说，气化器根据工作温度亦可以分为高温或者低温汽化器^[2]。低温汽化器产生更多的甲烷和焦油，热效率高。高温汽化器不产生焦油，产量比低温汽化器高。所选用的气化技术很大程度上由所气化的煤的特点所决定；因此不存在一个单一的汽化技术对所有应用都是最好的。不同汽化器的工作参数比较见表5.1^[3，4]。

表5.1 不同类型汽化器的工作参数(www.xing528.com)

1.1.2 天然气蒸汽重整

天然气（甲烷）通过蒸汽甲烷重整（SMR）、自热重整（ATR），部分氧化重整（POX）来转换成合成气体。转化炉的不同类型见表5.2。

表5.2 不同类型转化炉运行参数

因为SMR并不需要制氧机，所以似乎这种类型的转化炉看起来应该是GTL应用中的首选。但是，由于其价格昂贵和经济规模潜能有限，所以SMR并不总是优先选择。转化技术的选择很大程度上取决于发生器的总容量和单机组最大生产能力（机组定义为制氧机、转化炉和合成气转换设备的组合）。对于相对小的设备（每天小于5000桶，1桶=0.159m³），最好的方案是SMR；每天在5000桶到15000桶之间，ATR和POX都可以应用。由于最大生产能力和相关经济规模较大，单机组生产能力大于15000b/d（桶/天）时，ATR是最好的技术。