煤制天然氣SNG技術(shù)

1、煤制天然氣(SNG)技術(shù)1、煤制天然氣技術(shù)路線(xiàn)傳統(tǒng)的煤制天然氣技術(shù)是以煤炭為原料，氣化生產(chǎn)合成氣，經(jīng)凈 化和轉(zhuǎn)化以后，在催化劑的作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng)，生產(chǎn)熱值符合規(guī) 定的替代天然氣(Substitute Natural Gas)，也被稱(chēng)為煤氣化轉(zhuǎn)化技 術(shù)。此技術(shù)需要的設(shè)備較多，投資較高，但技術(shù)非常成熟，甲烷轉(zhuǎn)化 率高，技術(shù)復(fù)雜度略低，因此應(yīng)用更加廣泛，是煤制天然氣中的主流 工藝。煤制天然氣與煤制其他能源產(chǎn)品相比，能量效率高，單位熱值 水耗低。煤制能源產(chǎn)品的能量效率和水耗項(xiàng)目能量效率/%單位熱值水耗/ ( t - GJ-1)煤制天然氣50 520.18 0.23煤制油34.80.38煤制二甲醚3

2、7.90.77煤制甲醇41.80.782、煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)制備天然氣一般情況下，經(jīng)煤氣化得到的合成氣的H2/CO比達(dá)不到甲烷化的 要求，因此需要經(jīng)過(guò)氣體轉(zhuǎn)換單元提高H2/C O比。從工藝技術(shù)和加工 過(guò)程可分為“一步法”和“兩步法”兩種?！耙徊椒ā泵褐铺烊粴饧夹g(shù)“一步法”煤制天然氣技術(shù)就是以煤為原料直接合成甲烷，從而得到煤制天然氣的方法，又稱(chēng)“藍(lán)氣技術(shù)”。該技術(shù)是將煤粉和催化 劑充分混合后送人反應(yīng)器，與水蒸氣在一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生氣化和 甲烷化反應(yīng)，氣化反應(yīng)所需的熱量剛好由甲烷化反應(yīng)所放出的熱量提供。反應(yīng)生成的CH4和CH2混合氣從頂部離開(kāi)反應(yīng)器進(jìn)入一個(gè)旋風(fēng)分離 器，分離出混合氣中夾帶的同體顆粒，

3、然后進(jìn)入一個(gè)氣體凈化器，脫 除其中的硫，最后分離出CO2得到煤制合成天然氣(SNG)。煤灰由反應(yīng) 器下部流出，在一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)備巾和催化劑進(jìn)行分離，分離的催化劑返 回煤倉(cāng)繼續(xù)循環(huán)使用。藍(lán)氣技術(shù)的特點(diǎn)是在一個(gè)反應(yīng)器中催化3種反映：氣化反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)、甲烷化反應(yīng)，難點(diǎn)是催化劑的分離?！皟刹椒ā泵褐铺烊粴饧夹g(shù)CH什 CCh催化甲烷化“二步法”是先將煤轉(zhuǎn)化成合成氣(H2和CO)，然后再進(jìn)行甲烷化 得到SNG的方法。從煤轉(zhuǎn)化為SNG需要經(jīng)歷幾個(gè)步驟：氣化：在一定壓力(34 MPa)和溫度(10001300C)下，煤 與氧氣和過(guò)熱水蒸氣的混合物發(fā)生氣化反應(yīng)生成富含七和3的煤氣。變換冷卻：煤氣通過(guò)部分變換

4、反應(yīng)將七和CO體積比調(diào)整為3: 1。所用催化劑為耐硫的鉆鉬催化劑，操作溫度為200500C。然后 再將高溫變換氣冷卻至約40 C。凈化(低溫甲醇洗)：在-1740C下，利用甲醇對(duì)HS和CO22優(yōu)良的吸收性能，脫除變換氣中的H2S和CO2，得到凈化氣。H2S可以通 過(guò)克勞斯反應(yīng)轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。甲烷合成：在一定溫度(250675C)、壓力(2.33.2 MPa) 和鎳基催化劑存下，碳氧化物(CO+ CO2)與七在甲烷化反應(yīng)器中生成甲 烷合成反應(yīng)，得到SNG。干燥壓縮：出甲烷化裝置的SNG通過(guò)干燥(三甘醇脫水撬)， 脫水至適當(dāng)露點(diǎn)溫度(取決于冬季最低溫度),再壓縮達(dá)到管線(xiàn)所要求 的壓力。另外，通過(guò)煤氣

5、水分離，分離出煤氣水中焦油和中油，利用酚氨 回收裝置回收絕大部分的粗酚和氨，得到了高附加值的產(chǎn)品，降低廢 水處理難度。3、甲烷化技術(shù)甲烷化技術(shù)是“二步法”煤制天然氣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)是將造 氣工序的合成氣通人甲烷化反應(yīng)器，在催化劑的作用下反應(yīng)生成甲烷 氣體。(1) 戴維甲烷化技術(shù)(CRG)CRG工藝一般有4個(gè)絕熱反應(yīng)器，原料氣分2股分別進(jìn)入第一、第二反 應(yīng)器。在第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器間設(shè)有循環(huán)管線(xiàn)（即二段循環(huán)），以 防止第一反應(yīng)器出口超溫。反應(yīng)器出口處設(shè)有廢鍋或換熱器回收反應(yīng) 熱，提高熱效率，具體工藝路線(xiàn)見(jiàn)下圖。CRG工藝特點(diǎn)是技術(shù)成熟，單線(xiàn)生產(chǎn)能力大，可高達(dá)2 x 105 m3/h, 催化劑

6、鎳含量高，壽命長(zhǎng)，在250700 C內(nèi)都具有很高且穩(wěn)定的活性， 可降低循環(huán)比且壓縮機(jī)能耗低，副產(chǎn)大量高壓過(guò)熱蒸汽可用于驅(qū)動(dòng)大 型壓縮機(jī)，每1000 m3天然氣副產(chǎn)約3.1 t高壓過(guò)熱蒸汽，能量利用率 高，冷卻水消耗量低（冷卻水消耗低于1.27 kg/m3 SNG），代用天然 氣品質(zhì)高，甲烷體積分?jǐn)?shù)可達(dá)94%98%,高位發(fā)熱量大于35. 59 MJ /m3,產(chǎn)品中其他組分很少，完全可以滿(mǎn)足國(guó)家天然氣標(biāo)準(zhǔn)以及管道 輸送的要求，甲烷合成壓力高達(dá)3.06.OMPa，可以減少設(shè)備尺寸。（2）托普索甲烷化技術(shù)（TREMPtm ）在TREMPtm工藝中，H/CO比達(dá)到3時(shí)，煤氣化得到的合成氣經(jīng)轉(zhuǎn)換、凈化進(jìn)入

7、3個(gè)串聯(lián)的絕熱固定床反應(yīng)器，第二和第三個(gè)絕熱反應(yīng)器也 可用1個(gè)沸水反應(yīng)器(BWR)取代，反應(yīng)器承受溫度范圍是250700C, 壓力達(dá)3 MPa。在高溫甲烷化的過(guò)程中使用的是MCR-2X和MCR4催化劑， 在600。的溫度下連續(xù)運(yùn)行超過(guò)8000h, CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%, CO轉(zhuǎn)化2率99%。為了回收甲烷化反應(yīng)放出的熱量，工藝中有1個(gè)蒸汽循環(huán)系 統(tǒng)，第一個(gè)和第三個(gè)固定床反應(yīng)器生產(chǎn)的產(chǎn)品氣與該系統(tǒng)進(jìn)行熱交換， 將產(chǎn)品氣冷卻的同時(shí)生產(chǎn)蒸汽，回收甲烷化反應(yīng)釋放的熱量，具體工 藝流程見(jiàn)下圖。7;|定沐拒烷化1過(guò)熱蒸汽;鍋爐於水I一 1.芝氣冷曷f冷標(biāo)液體TREMPtm技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是單線(xiàn)生產(chǎn)能力大，合成氣

8、轉(zhuǎn)化率高，回收過(guò) 程能耗低，充分利用甲烷化反應(yīng)放出的熱量，生產(chǎn)高壓過(guò)熱蒸汽產(chǎn)品; MCR2X催化劑壽命長(zhǎng)，活性高，副反應(yīng)少，使用溫度范圍寬，合成 天然氣品質(zhì)高。但是tremp工藝投資大 技術(shù)復(fù)雜度高，需要具有一 定的生產(chǎn)規(guī)模才能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。魯奇甲烷化技術(shù)(Lurgi )Lurgi一般有3個(gè)絕熱反應(yīng)器，原料氣分成兩股分別進(jìn)入第一、第 二反應(yīng)器。在第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器間設(shè)有循環(huán)管線(xiàn)（二段循環(huán)）, 以防止第一反應(yīng)器出口超溫。反應(yīng)器出口處設(shè)有廢鍋或換熱器回收反 應(yīng)熱，提高熱效率。與戴維甲烷化工藝不同的是，補(bǔ)充甲烷化反應(yīng)器 只有一個(gè)，脫硫槽在SNG換熱器前。催化劑為鎳基催化劑，活化溫度 250290C，可在550700C高溫下操作，具體工藝流程見(jiàn)下圖。此種工藝投資成本低，單線(xiàn)生產(chǎn)能力大，轉(zhuǎn)化率高，可操作性強(qiáng)， 生產(chǎn)的合成天然氣品質(zhì)高，副產(chǎn)品種類(lèi)多，技術(shù)成熟度高，但是由于 此工藝采用的是Lu哂氣化+絕熱循環(huán)稀釋甲烷化技術(shù)，而Lurgi氣化效 率不高，不能做到自身的能量平衡，所以此工藝的能效較低。附：國(guó)內(nèi)在建的大型煤制天然氣項(xiàng)目項(xiàng)目名稱(chēng)地點(diǎn)規(guī)