城市燃气工程规划.docx

城市燃气工程规划
第一节   城市燃气工程规划原则与内容

一、城市燃气工程规划原则
1.城市燃气工程规划以城市总体规划为基础,结合当地能源特点进行。制定规划方案时,要认真研究当地资源开发和利用的可能性,长远期的气源,原料的需求。
2.气源工程规划应符合国家燃气发展政策,贯彻因地制宜、多种气源飞合理利用能源的发展方针,优先使用天然气、积极回收工矿余气、充分利用液化石油气、注重发展煤制气、适当发展油制气。
3.气源选择要按城市性质,当地资源供应状况,供气规模,供需目的不同而异,选择符合环保标准,工艺成熟,运行可靠,综合利用好的制气工艺,尽量采用先进技术。
4.气源工程规划应与城市发展相适应,全面规划,分期建设,气源方案要考虑燃气企业的滚动发展和正常的商业化运作。
5.城市燃气输配系统规划的供气规模的应以城市能源结构、发展规划和城市气源规划、各气源的供给能力为依据。
6.要根据不同类型的负荷构成,气源性底,确定合适的调峰手段及储配站布局。
7.管网规划应与城市道路规划和其他地下管线规划相协调,尽量避免近期内重复开挖路面。
8.输配系统设施规划要近远期结合,并考虑分期实施的可能占近期五年左右,远期20年左右。
9.必须对各种可能成立的方案做技术经济比较,择优选用。

二、城市燃气工程规划内容与深度

城市燃气工程规划分四个层次,即:总体规划、分区规划、详细规划和专项规划。各层次的燃气规划的任务和内容不尽相同,其主要内容如下:

1．城市燃气工程总体规划内容与深度
（1）城市燃气、工程总体规划的主要内容
①预测城市燃气负荷：
②选择气源,确定气源结构和供气规模;
③确定气源厂、储配站、储灌站等主要工程设施的规模、数量、用地及位置。
④确定输配系统供气方式,管线压力级制,调峰方式。
⑤布置城市燃气管网系统(区域调压站的设置,主干管系统布局)
城市燃气工程总体规划应从分析现状开始,研究目前城市的气源种类和可能取得的气源途径,以及现有燃气设施存在的问题,根据近远期城市规模和经济发展水平,采用合理的参数指标,预测燃气负荷,选择合适的气源和相应的供应方式,按照城市用地布局情况布置各项设施和管网。
(2)城市燃气工程总体规划的深度
城市燃气工程总体规划的深度应能满足指导分区规划和详细规划的要求和制订项目建议书,可行性研究及设计任务书的要求。燃气工程总体规划文件包括说明书和图纸:
①规划说明书
规划说明书的主要内容:现状概述:规划依据,指导思想和规划原则;供气对象和供气范围的确定,气化率指标;耗气定额的确定和各类用户耗气量指标;燃气负荷;气源选择,供气规模;调峰手段和储气容积;设施选址布局和用地控制;输配系统压力等级和管网布局。
②图纸
城市燃气工程现状图。主要反映燃凭气源厂(站)的布局,储配设施,输气管网的布置,供气能力、规模和主干管网布局、管径、压力。
城市燃气工程规划图。主要反映城市规划期末燃气气源,输配设施（储配站、储灌播、调压站等)的布局、供气能力、规模高用地情况,以及主干管网布局、管径、压力等级。也可根据实际情况将二张图合为一张。

2.城市燃气工程分区规划内容与深度
(1)城市燃气工程分区规划的内容大城市和较大的中等城市,一般需要进行城市燃气工程分区规划,作为总体规划和详细规划的中间层次,起到承上启下   的作用,这一阶段燃气规划的主要内容有:
①预测分区的燃气负荷。
②确定燃气工程主要设施的规模、位置和用地;明确其防护距离和用地界线。
③布置燃气输配管网系统(设置区域调压站、布置主干管)。城市燃气工程分区规划是对城市燃气工程总体规划的深化,对燃气输配设施和管网作出更具体的规划布局,并根据实际情况对城市燃气工程总体规划作局部修改和调整。
(2)城市燃气工程分区规划的深度
城市燃气工程分区规划的深度应能满足指导详细规划的要求和编制项目建议书、设计任务书的要求。燃气分区规划文件包括:规划说明书和图纸。
①规划说明书
规划说明书的主要内容有:现状概述;规划的依据和原则;供气范围飞对象的确定,气化率指标;燃气分区分类负荷估算;供气规模和储气容积;主要工程设施布置和用地范围;燃气输配管网的布置。
②图纸
分区燃气工程现状图。主要反映分区内燃气设施和管网系统的现状。
分区燃气工程规划图。主要反映规划期末区域内燃气设施的布置、规模和用地界线,以及主干管布局、管径、压力等级。
可根据实际情况将二图合二为一。

3.城市燃气工程详细规划内容与深度
(1)城市燃气工程详细规划的内容
①计算燃气负荷。
②布置输配设施,确定其位置、规模和控制用地。
③布置输配管网。
④计算管径。
⑤估算工程造价(仅指修建性详细规划)。
城市燃气工程详细规划应以总体规划和分区规划为依据,并根据规划区内具体情况,规划燃气设施和输配系统,指导初步设计和施工设计。
(2)城市燃气工程详细规划深度城市燃气工程详细规划的深度应能够满足燃气工程初步设计的要求,其内容应 包括规划说明书和图纸。
①规划说明书
规划说明书的主要内容有:规划区内燃气用户类别、数目;区内燃气分类负荷;规划区内燃气设施,管网系统布置;说明主  要技术经济指标和计算采用的参数。
②图纸
燃气工程详细规划图。图中应反映燃气设施位置,规模和控制用地,管网布置走向、管径、压力等级。
如有现状燃气系统,应区分现状和规划设施和管线。

4.城市燃气工程专业规划内容与深度
(1)城市燃气工程专业规划的主要内容
①气化范围和供气规模:供气原则,气化范围和气化率,各类用户耗气量计算,耗气量平衡计算,供气规模及气量分配。
②气源工程:气源选择,制气原料和辅助材料,工艺方案的比较与选择;公用工程,气源厂主要技术经济指标。
③燃气输配系统:燃气远程输气干管布线及输配工艺比较;城市燃气输配系统及方案比较,储配站规模,管线与布置;调压站的布局;输配系统主要经济技术指标。
④环境保护:厂、站采用的防止污染措 施,工程项目对城市环境影响评价。
⑤投资估算。
⑥财务效益分析,工程效益分析。
(2)城市燃气工程专项规划深度
城市燃气专项规划深度应能满足指导燃气工程初步设计和施工图设计的要求。专项规划文件应包括规划说明、附图、附件。
①规划说明:
规划说明主要内容有:前言,概述,供气规划和气化范围,气源工程,输配系统,环保设施,投资估算和资金来源,技术经济分析,建议和存在问题。
②附图
a.厂区区域位置图
b.气源厂总平面图
c.气源厂工艺流程图
d.输气干线线路走向平面图
e.燃气管网布置图
f.燃气管网水力计算简图
g.场、站工艺的主要流程图
h.新工艺的主要流程及设备图上述内容根据专项工程具体科目选择
i.其他。
③附件
各类批件和附件
第二节   城市燃气气源选择

一、我国城市燃气气源概况

我国城市目前正在运行的气源类型,多种多样,大致有焦炉煤气、水平炉煤气、立箱炉煤气、连续式直立炭化炉煤气、重泊蓄热炉裂解油制气、液化石油气、天然气、油田伴生气、矿井气和两段炉水煤气等十余种类型,我国燃气的气源概况见表4-6-1。
表4-6-1我国城市燃气的气源概况

序号
煤气类别

气摞或制气装置
煤气热值(MVd)
使用煤气的城市

天然气

威远、泸州、巴县等地气田
33.49-36.0
成都、重庆、自贡、天津、盘
1

井、沈阳等

'FL

2
油田伴生气

盘井油田
3768
鞍山等

。

3
矿井气

龙凤、老虎台、胜利等矿
1465-1675
抚顺、鹤壁、焦作、开辣、马

家沟矿等
4
焦炉煤气

6m大容积焦炉
1758-1884
北京、上海

5.5m大容积焦炉
1758-1884
唐山

80型焦炉(58型焦炉改型)

北京、上海、天津、南京、注

1758-1884
阳、长春等

,

28m中型焦炉(二分、双联)
1758-1884
唐山、邢,台、石家庄、长治等

田250型(66型焦炉)

哈尔滨、长春、大连、锦州、

1758-18.84
合肥等

长春、上海、大连、南京、天
5
直立炉煤气

1)连续式直立炉
1638
津、武汉、杭州、青岛、大同、

太原、长沙等

,
平朔煤矿

2)立箱炉
1758
6
水平炉煤气

水平炉
134
盘山、崇明

油制气

1三筒重油蓄热催化裂解炉

北京、上海、沈阳、广州、天
7

1884~2093
津等

2三筒重油蓄热热裂解炉
37.68
上海

.

3.双筒重油蓄热热裂解炉
3768
大连

北京、上海、天津、南京、济
8
液化石油

419(MJ仕g〉
南、沈阳、长春、哈尔滨、杭

州等

水煤气型两段炉煤
常压两段炉

阜新、威海、西安等
9

1298

气

L
,门

煤制气多年来一直是我国发展城市燃气的重要手段之一。但随着石油和天然气的开采利用,近十多年来,我国城市燃气气源构成逐渐发生了变化,天然气和液化石油气逐渐增加。液化石油气主要供民用,约占95%,而工业仅占5%,对提高居民气化率起了很好的作用。而天然气用作城市燃气,大部分供给了工业。约为98%,只有2%供给民用,明显存在着用气不合理的问题,随着气田的发现和开采,天然气作为城市的气源,存在很大的潜力。

二、城市燃气气源

1.气源厂的种类划分
(1)按供气规模划分
一级:日供气规模>600000m3;
二级:日供气规模300000-600000m3;
三级:日供气规模150000-300000m3。
四级:日供气规模150000m3。
(2)按供应区域划分
①区域气源(如天然气井场门站、大型坑口气化厂等)
②城市气源(如城市焦化厂、城市主干混气站等)
③小区气源(如小区气化站、工矿点煤气站等)
(3)按供气特性划分
①主气源(或称基本气源)
②机动气源(或称调峰气源)
一般情况下,供气规模大,基建技资多,生产机动性小的制气装置宜作为主气源;基建投资少,生产调度灵活的制气装置宜作机动气源。
焦炉煤气生产、直立炉煤气生产一般都是作为城市燃气的主气源。
重油热裂解油制气、水煤气型两段炉可作为大、中城市燃气生产供应的机动气源,也可作为中、小城市燃气生产供应的主气源。
水煤气一般作为城市燃气生产供应的机动气源和调整燃气热值或工矿点的气源;发生炉煤气一般是作为焦炉和直立炉的加热气源。

2.各类气源的主要特点
(1)天然气
①天然气的分类
根据矿藏特点分类:天然气可分伴生气和非伴生气。伴生气是伴随原油共生,与原油同时被开采;非伴生气包括纯天然气和凝析气田天然气,两者在地层中为均一的气相。
根据天然气组成分类:天然气可分为干气、湿气、贫气和富气,也可分为酸性天然气和洁气等。
a.干气每1m3(压力为0.1MPa,温度为20℃的状态)井口流出物中,C3以上重短液体含量低于13.5cm3的天然气。
b.湿气每1m3井口气流出物中,C3以上重短液含量超过13.5cm3的天然气,一般湿气需进行分离出液态烧产品和水分后才能进一步加工利用。
c.富气1m3井口流出物中,C3以上短类液体含量过94cm3的天然气。
d.贫气每1m3井口流出物中, C3以上短类液体含量低于94cm3的天然气。
e.酸性天然气含有显著的H2S和CO2等酸性气体,需进行净化处理后才能达到管道输送标准的天然气。
f.洁气H2S和α〕b等酸性气体含量甚微,不需要进行处理的天然气。
②天然气的集输
天然气的集输系统是把气田上各个气井开采出来的天然气汇集起来,并经过加工处理送入输气干线,它主要由井场装置、集气站、矿场压气站、天然气处理厂和干线首站、干线加压站、门站等部分组成,天然气的集输系统流程如图4-6-1。

a.井场装置
一般设在气井附近。从气井开采出来的天然气,经过节流,进入分离器除去油、游离水和机械杂质等,通过计量后送入集气网。
b.集气站
将集气网的天然气集中起来的地方即集气站。在此,对天然气再一次进行节流、分离、计量,再送入集气管线。
c.矿场压气站
在低压气田或气田开采后期,当地层压力不能满足生产和输送要求时,需要设置矿场压气站,将集气站输入的低压天然气增压至规定的压力,然后输送到天然气处理场或输气干线。
d.天然气处理厂
若天然气属酸性天然气,即硫化氢、二氧化碳、凝析油等含量和含水量超过管输标准或不能满足城市燃气的要求时,需设置天然气处理厂,对天然气进行净化处理后外供。
e.干线首站
在输气干线起点设置的压气站,则称为干线首站。它的任务是接收天然气处理厂来的净化天然气,经除尘、计量、增压后进入输气干线。
f.输气干线加压站
为弥补长输干线的压降损失,保证长输干线的一定的输气压力,每隔一定距离就要设置加压站。
g.门站
门站是天然气在城市管网中的起点,由长输干线来的天然气在此经降压、调压和计量,一般情况下还要向天然气中注入某种加臭剂,然后将天然气送人城市供气管网o
(2)液化石油气液化石油气来源于气田、油田、和石油炼厂。
凝析气田气是一种深层的富天然气。石油开采时在经地面节流后,压力降5.O-7.OMPa,气液发生分离,分离出的气体即称为凝析气田气。这种气体通常含有85%-97%的甲烧,C3-C5含量约为2%-5%,可以用压缩法、吸收法、吸附法或低温分离法将其中的丙、丁烧分离出来,制得液化石油气。
油田伴生气是与石油伴生的天然气。它伴随石油开采而采出,其中含有60%-90%的甲:院和乙烧,10%-40%的丙烧、丁烧、戊炕和重炬。利用油井上的油气分离器,使石油和油田气分离,然后采用吸附法将气体中的各种碳氢化合物分离,从中提取液化石油气。通常每开采1t石油,大约可以得到5%的液化石油气。
炼厂石油气是石油炼厂的常减压蒸馆、催化裂化、热裂化、销重整、延迟焦化等加工过程中产生的各种气体的总称。石油炼厂气经过适当分离和处理可得到液化石油气。石油炼厂的液化石油气产率跟原油性质、工艺流程和加工方案有关,一般为炼厂原油处理总量的4%-5%。我国目前作为城市燃气供应的液化石油气,主要是石油炼厂的催化裂化炼油装置生产的。
催化裂化是以常减压蒸馆所得到的馆分为原料油,在温度460℃和压力0.07-0.08MPa的条件下,借助催化剂使原料油裂化以生产高辛炕值汽油,同时还得到柴油和一部分气体。在这部分气体中,C3和C4镏分在常温下很难液化; C3和C4镏分中的烯炬多用作化工原料;1院短则组成液化石油气,多用作燃料。催化裂化炼油装置的产品示例见图4-6-2。
我国的商品液化石油气并不完全是由纯丙烧和纯丁烧两种成分组成的。除了丙烧和丁烧以外,还有丙烯、丁烯,丁烧、丁烯的同分异构件等成分。液化石油气的组分也随着原油产地、炼制工艺、产品方案和操作条件的不同而变化。我国某些石油炼厂的液化石油气组分见表4-6-2。
液化石油气的应用主要是通过储灌站的瓶装供应和气化站、混气站的管道供应、储灌站、气化站、混气站的特点详见液化石油气一节。
(3)人工煤气
①以焦炉为主的燃气厂

表4-6-2我国某些石油炼厂的液化石油气组分(%)

石油炼厂名称

序号
组分

东方红
大庆
胜利
南栋
上炼
济炼
五厂
六厂
长岭
1
甲烧CH4

0．03

0．3

2
乙烷C2H6

0.89
1.57
5.8

0.9

0.23

3
乙烯C2H4

0.26

3.5

4
丙烷C3H8
7.1
1.0
16.81
12.42
0.8
8.6
42~2.2
1.32
10.2

炼焦过程中生产的煤气叫焦炉煤气,是我国人工煤气的主要气源之一。
a.按焦炭产品种类划分,有冶金焦、气化焦和铸造焦三种。
b.按焦炉的加热方式划分,有单热式和复热式。单热式焦炉的加热一般是采用回炉煤气,也可采用混合煤气,加热煤气的热值,对JN4.3-80型及以上焦炉,应采用≥15.9MJ/m3,对炉高2.8m以下焦炉,可采用≥14.65MJ/m3;复热式焦炉的加热,既可用回炉煤气或混合煤气,也可采用热值≥5.03MJ/m3的低热值煤气,复热式焦炉的加热煤气方案为：
炼焦煤气加热,即用焦炉自身产生的焦炉煤气作为加热煤气,此方案,焦炉热工状况稳定,但影响煤气外供量。
混合煤气加热,一般是焦炉煤气与水煤气型两段炉煤气(或水煤气)掺混,混合煤气质量易合乎城市燃气的气质要求,且外供煤气量大,几乎接近焦炉煤全部生产量。
高炉煤气加热,应考虑冶炼厂高炉煤气的平衡及休风期或事故对焦炉生产的影响。
发生炉煤气加热,发生炉气化原料一般为气化焦和冶金焦,采用无烟块煤为气化原料,生产净化后的煤气要求含焦泊≤20mg/m3、含粉尘≤15mg/m3,目前常规的发生炉煤气净化工艺尚难达到。
c.掺混煤气的选择为了增加外供城市煤气量,以及调节城市用气的月不均匀性,在炼焦制气厂内可增建水煤气型两段炉或水煤气炉等机动气源。若焦炉的加热是采用发生炉煤气时,则发生炉煤气也可少量用于掺混。
我国现有主要焦炉炉型见表4-6-30下面分别列出大中小型炼焦制气厂在不同加热方案下的综合经济指标,见表4-6-4,表4-6-5,表4-6-7。

炭化室(每孔)

炭化室尺寸(mn)

炉组

设置地
序号

炉型
孔数
有效容
装数量
结焦

点举例

积(m3)
(t干煤)
时间(h)
全长
有效长
全高
有效高
平均宽
锥度

新日铁M型大

5650

60
宝钢
1

50
37.6
26.3
19
15700
14800
6∞o
450

容积

一

四川疲
2

擅口大容积
36
35.4
27
17
15980
15140
5500
52∞
450
70

大

口
一

42
23.9
18
18

4到

武钢、鞍
3
型
EBP-56

14080
13280
4300
捕。。

50

65
21.6
16.2
16

407

钢

上海焦

42
23.9
18
18

450

4

58-E型

14080
13280
4300
4000

50
化厂、

65
21.6
16.2
16

407

鞍钢

两分侧喷捣固

无锥度
淮南化
5

30
19.6
16.4
20
12560

3800
36∞
"。

炉

肥厂
一

洒北邢
6
中
两分下喷复热
32
11.7
8.4
16
11680

2800
2550
420
40

台、广州
一

型

山西临

汾、向北
7

双联下喷单热

唐山、石

32
11.3
8.4
17
11200
10520
2800
2550
4却
40
家庄桥

式

西焦化

厂

②以直立炉为主的燃气厂
连续式直立炭化炉制气厂,是以生产城市燃气为主的燃气厂。
连续式直立炉操作弹性范围较大,具有道应城市燃气负荷波动的能力。其主要原料是气煤或肥煤,一般原煤或煤屑均可使用,符合我国气煤丰富的特点。其炉底蒸汽利用焦炭显热,减少能耗,相应提高了煤气产量和热效率。炉子的进料和排焦均处于封闭状态,操作条件较好,环境污染比焦炉小。
连续式直立炉燃气厂一般由连续式直立炉、煤气发生炉和水煤气炉三者构成煤气生产关系。它们相互间的关系为:
③以水煤气型两段炉或水煤气炉为主的燃气厂
水煤气型两段炉是生产混合煤气的气化装置,在其炉内,上部为低温干馆段,下部为半焦气化段,是一项成熟的实用技术,比较适合一些中、小城市,也可作为大城市的辅助气源。水煤气型两段炉煤气厂具有投资省、上马快、产品单一等优点,但煤气热值低,一氧化碳含量高,若作为城市燃气的主要气源,须进行变换与增热等措施,才能达到城市燃气的质量标准。其变换增热方案有:
a.煤气部分甲烧化(适宜于中、小城市);
b.煤气中一氧化碳经部分变换后,掺混液化石油气;
c.掺混重油蓄热裂解煤气。
水煤气比水煤气型两段炉煤气的热值低,一氧化碳含量也更高,一般不宜单独作为城市燃气的主气源。目前我国南方地区一些小城市或城镇就利用水煤气经变换增热后供居民使用。如湖北安陆和江西赣州就采用水煤气掺混化肥厂的弛放气或沼气外供。
④以重油蓄热裂解制气炉为主的燃气厂
油制气按制气方式分为热裂解和催化裂解。催化裂解又分为浅裂解和深裂解。
重油蓄热裂解制气按操作温度等工艺条件的不同,可在同一装置内进行较高温度的镰催化操作(深裂)或温度低一些的镰催化操作(浅裂)。深裂生产的煤气与焦炉煤气相似,可以作为城市燃气的主气源。
浅裂生产的煤气热值高,常作为多气源城市的一种增富气源。
油制气具有下列几个特点:
a.比同规模的煤制气投资少、投产快、占地少。
b.重油易于运输、装卸和供应。
c.制气装置自动化控制水平较高,操作方便,所需人工较少,劳动生产率高。
d.运行开停方便,从常温开车到正常运行仅需几小时,从热备开车到正常运行仅需十几分钟,作为供气调峰手段十分灵活方便。
油制气的掺混煤气可选择水煤气、半水煤气、水煤气型两段炉煤气。
(4)矿井气
矿井气是指在煤矿开采过程中,从煤层及岩层内涌出的可燃气体,通称为矿井瓦斯或煤田气。我国矿井气资源相当丰富。抚顺和鹤壁已将矿井气作为城市燃气。对拟定矿井气利用规划具有重要意义的是判定瓦斯矿井的等级。
瓦斯矿井的等级是根据矿井相对涌出量来划分的。在矿井正常生产的情况下,平均日产干吨煤的矿井气涌出量称为矿井气相对涌出量,用“m3/t”表示。
沼气带以上的三个带通称为瓦斯风化带。确定和预测瓦斯风化带的深度,对预测瓦斯涌出量有实际意义。只有进入沼气带后,巷道瓦斯涌出量将随着开采深度的增加而增加。如果达到抽放标准要求,就可成为矿井气资源,纳入使用规划。
矿井气质“干净”,基本不含CO、H2S等杂质,一般宜利用CH4含量不低30%的矿井气。在进行矿井气利用工程设计前,需对气源进行综合评估,主要有:
①进行资源评价和矿井含量的测定计算。
②矿井气资源必须足够稳定抽放20年以上。
③在建成地面抽放系统后,抽放的矿井气甲:皖含量≥30%,且连续三个月以上,才宜兴建矿井气输配系统。
矿井气抽放系统由钻场、集气支管、集气干管、瓦斯泵和储气罐组成。
(5)弛放气
化肥厂在合成氨的生产过程中,都会产生一定的合成放空气和贮槽弛放气。每生产一吨合成氨约有120-150%m3的弛放气,其组成为:H250%-60%,CH418%,N2222%-32%。我国不少中、小城镇周围普遍建设了中、小型化肥厂,一般年产合成氨5000-3000t。化肥厂弛放气多为放空,造成大气污染和能源浪费。
目前南方有些城镇利用化肥厂的弛放气来气化附近居民,取得一定的成效。
利用化肥厂弛放气的方案为:

弛放气

掺混

半水煤气
水煤气
两段粮煤气

(6)沼气
人工制取沼气,一般经过二个阶段。即第一阶段为酸发酵阶段,由各种细菌将复杂的有机物逐渐分解为低级脂肪酸,例如:丁酸、丙酸、乙酸等。第二阶段为气体发酵阶段,即将第一阶段的产物转化甲烧和二氧化碳,二氧化碳再经细菌作用,氧化或还原成甲烧。
沼气发酵的基本条件:1.密封的发酵池;2.要有足够数量的混合菌种;3.要供给充足的发酵原料。4.要有适当的水分(含水量80%-90%为宜)和温度(温度控制在53-55℃之间);5.保持适当的酸碱度,pH值为7-8之间。

3.燃气的改制
近年来我国城市燃气发展较快,气源种类很多,除天然气、液化石油和焦炉煤气外,不少煤气中一氧化碳含量均较高。例如:发生炉煤气一氧化碳含量为27%-30%;水煤气为33%-35%;水煤气型两段炉煤气为30%-32%;鲁奇加压气化煤气为18%-22%;连续式直立炭炉煤气为16%-18%;重油催化蓄热裂解煤气为15%-17%。根据统计资料煤气中一氧化碳含量超过10%之后,漏气后中毒的可能性就大得多。因此,需将煤气改制,将其中的一氧化碳转化为无毒的可燃气体:甲烧和氢。转化甲烧称甲烧化;转化为氢称为变换。
燃气中一氧化碳经甲烧化后,其热值得以提高。对一定管径的煤气管网来说,相应提高了它的输送能力。
通过控制煤气甲烧化的程度或调节通过甲炕化的煤气比例,煤气热值可进行调整,以便能与其他煤气进行互换。
甲烷化采用的催化剂不同,其工艺流程也不同,所用设备也有差别。按甲烧化用催化剂可分为耐硫型(铝系催化剂)和不耐硫型(镰系催化剂)。按反应器型式可分为固定床反应器和流化床反应器。
不同工艺流程所产生的成品气组成各不相同。一般一氧化碳含量可降至10%左右。目前影响甲烧化工艺推广的主要问题是操作成本太高。

三、气源的选择

气源选择是城市燃气规划中的一项重要工作。不仅要从资源、技术、环境等方面着手综合考虑,还应考虑系统本身的正常运营。

1.天然气
天然气不仅是优良的民用和工业用燃料,而且还是生产炭黑和有机化工合成工业的原料。我国天然气应用在化工领域占较大比例。如果将天然气裂解,转换成CO+H2的原料气,供作化工(如合成氨)原料;又将煤炭气化得到的CO+H2合成甲:皖(天然气),供作城市煤气。二者都占用大量资金、设备,耗费大量的能源,显然是不可取的。以天然气作为城市燃气具有其它燃料无法比拟的优点:
(1)无三废污染,是一种"清洁"气体燃料。而煤制气从生产到使用都会产生污染。
(2)天然气不含CO,对人体无直接毒害,比较安全;但煤制气CO含量较高,一般在6%-20%,发生泄漏,易造成中毒。
(3)天然气热值高,燃烧性能好,技资较省,特别是管网投资较煤制气1/3以上。
因此,对我国天然气如何利用,必须宏观地进行技术经济比较,才能得到技术上可行、经济上合理的方案。从能源综合利用效率的角度考虑,应加大天然气供给民用的比例。
近年来,随着地质勘探的发展,我国先后在四川、陕西、河南、南海、渤海、东海等地相继发现了油气资源。这为城市燃气采用天然气开辟了很好的前景。而且我国邻近天然气储量大国俄罗斯,设立长输干线进口天然气也不失为一个较好的选择。使用天然气应是今后有条件城市可取的气化途径。

2.液化石油气
液化石油气组成为丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等液化短类混合物。我国生产的液化石油气近来用在民用燃料方面有所增长,但仍有不少供工业使用。从合理使用能源看,将液化石油气中的丙烯、丁烯提炼供作工业原料,而丙烧、丁烧用作城市燃料才是合理的。法国用于民用的液化石油气占全国总量的68%,日本也都在50%以上。
液化石油气做城市燃气有几个优点:
(1)与煤制气比,节省煤炭,减少运输,有利于环境保护。用煤制气做气源,从能源利用上合理得多,但原料用煤是必不可少的。如日供312000m3街的制气厂,每年需用煤800000t/a,运输焦炭550000t/a,排出废渣80000t/a。加上化工产品,每年运输量是很大的。制气厂产生的三废污染也对环境有害而对同规模的供气工程,用液化石油气做气源的运输量就小得多,因为液化石油气在一定条件下由气体变成液化时,体积缩小2500-300倍;液化石油气热值高,是同体积焦炉煤气的4.7-5.8倍。
(2)液化石油气供应设备简单,压力稳定,使用安全,供应方式灵活。
液化石油气杂质含量少;无需设置复杂的净化设施,供应设施简单。由于不含CO等有毒气体,使用安全。供应方式灵活多样,既可瓶供,也可管道供应。由于一般均在户前调压,压力也很稳定。
(3)质量好,热值高,投资省,金属消耗量小,液化石油气基本无臭、无毒,不含不燃成分。其低热值约为96.14MI/m3。约为天然气的2.5倍,焦炉煤气的6倍。输配管网可节省金属消耗和投资。
近年来,随着我国石油工业和对外贸易的发展,国内生产和国外进口都拓宽了液化石油气的来源,液化石油气有了广泛迅速的发展,已成为城市燃气的重要气源。在距城市燃气管网较远的边缘地区和市郊区,在城市建筑密度小、楼层层数低的地区和敷设管道有困难的地区,适宜发展液化石油气瓶装供应,而城市新区可以设中心气化站的小区气化模式。某些城市也可以设立混气站制得准天然气后管道供应,以作为天然气引人之前的替代气源。我国一些城市还采用液化石油气作为城市燃气供应系统的增热和调峰气源。

3.人工煤气
我国天然气、石油和煤炭的分布很不均衡,因此,燃气工业组成必然多样化,其中既有天然气(包括煤田气)的开采集输,也有液化石油气及各种工业可燃余气的集输,还包括人工燃气的制造。人工燃气的制气方案也有各种不同的方案。各种制气方式有不同的特点和适用范围。
(1)炼焦制气
焦炉、连续式直立炭化炉、立箱炉都属于这一类。焦炉要用洗精煤,备煤系统复杂,焦炭要有销路。连续式直立炭化炉虽对煤种要求比焦炉宽,但所产气焦只能用于铸造和作为制气原料,价格低,经济效益差。立箱炉既能以生产冶金焦为主,也能以生产煤气为主,兼有焦炉和连续式直立炭化炉的特点,立箱炉体积大,产气量较小,单位产气量的基建投资高,所以适用范围受到限制。因此中小城市特别是小城市不适宜建炼焦制气厂。
(2)常压固定床气化
这种气化方法以块状煤或焦炭为原料。以元烟块煤为原料的有水煤气炉,发生炉煤气;以烟煤块和长焰煤为原料的以两段炉制气为主,前一炉型国内已普遍使用,水煤气型两段炉目前也已在国内许多城市燃气中使用,国内已有生产成套两段炉制气设备的能力,因此它将是我国中小城市气化的主要手段之一。
(3)加压全气化
煤的加压气化工艺有鲁奇炉气化,适用煤种较广,块煤和小颗料煤均可,煤气低热值可达“规范”要求,但CO含量超过10%,需进行一氧化碳变换,制气规模也宜大于1000000m3/d。其次是粉煤全气化制气。粉煤制气大多采用流化床和气流床气化(即温克勒炉K-T炉)。近年来已开发应用煤浆制气技术(德士古气化工艺),并能实现煤气、电力、热力联产技术。
(4)油制气
以重油为原料制取城市燃气的蓄热裂解法还得到广泛应用,其中催化裂解法制得的煤气成分接近焦炉煤气;热裂解法制得的煤气组分接近天然气。
这类制气厂具有投产快,投资省,占地少,劳动生产率,机动性大等特点,是理想的城市燃气调峰气源。若资源允许,也可作为城市燃气的基本气源。随着石油产量的增加,还应适当考虑轻质油制气技术。
制气方案的选择必须依据下面几个条件：
(1)资源条件收集城市现状使用的煤、油、气等能源的数量、品种、产地和运输情况;分析和落实制气原料的来源。制气原料应以就近为主,在缺能地区,尽量使用优质能源,减少运输。
(2)产品市场人工燃气厂产品除煤气外,还有冶金焦、铸造焦、铁合金焦飞焦油、苯类等化工产品,应了解当地市场的需求情况和外销渠道。
(3)城市规模、性质城市规模决定供气规模,直接影响制气装置的选择。城市性质不同,也会造成不同的制气方案。如旅游城市就不宜选用污染较大的焦炉制气厂方案。
(4)优先对现有气源厂的实施挖潜改造,争取利用城市附近钢铁厂、石化厂、化工厂的余气资源。
各种制气方案的选择,应以原料资源的来源,产品销路和生产运行成本为主要依据。若以整个燃气工程投资而言(包括气源厂、输配系统、户内工程等)制气部分的投资仅占全部工程投资的8%~15%因此制气方案的投资一般不列为方案选择的主要的依据。不同制气方案的运行成本相差甚大,若联产冶金焦、化工产品等,煤气生严运行成本就较低。
建人工煤气厂应优先选用复热式焦炉制气方案,焦炉要以生产冶金焦或铸造焦为主。焦炉加热煤气采用回炉气加热时,煤气外供量减少45%-56%,其经济效益最好。加热煤气采用发生炉煤气,发生炉制气原料采用自产冶金焦时,经济益最差,亏损严重。焦炉炉型选择:日供焦炉煤气量<150000Nm3,宜选用66型焦炉;日供焦炉煤气量在150000-300000Nd,宜选2×36孔两分下喷复热时焦炉;日供焦炉煤气量>300000Nm3以上时,宜选2×42孔JN4.3一80型焦炉。
连续式直立炉联产部分铁合金焦时才可取。在气煤、气肥煤资源丰富的地区,建大型煤气厂,可选用捣固炼焦制气方案。其经济效益远比连续式直