煤制天然氣SNG技術(shù)

煤制自然氣(SNG)技術(shù)現(xiàn)狀1、煤制自然氣技術(shù)路線定的替代自然氣(SubstituteNaturalGas)，也被稱為煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)。2資較高，但技術(shù)格外成熟，甲烷轉(zhuǎn)化率高，技術(shù)簡單度略低，因此應(yīng)用更加廣泛，是煤制自然氣中的主流工藝。煤制自然氣技術(shù)主要使用固定床反響器和流化床反響器，其中，為主，這種催化劑活性高，壽命長，但簡潔被硫毒化。近年來消滅了沒有鎳系催化劑高。2、煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)制備自然氣

/CO比達(dá)不到甲烷化的2

/CO比。有些工藝有單獨(dú)的2

/CO比后再進(jìn)入甲烷化單元，稱為兩步法甲烷2進(jìn)展，稱為一步法甲烷化工藝。兩步法甲烷化工藝Lurgi工藝19Lu曬氣化爐。Lurgi公司和SA—SOL公司在南非的Sasolburg建立了一家試驗(yàn)工廠，另一家試驗(yàn)工廠由Lurgi公司和澳大利亞EL．Paso自然氣公司建立。在Lurgi和SASOL的根底上，第一家煤制自然氣工廠--大平原合成燃料廠在美國的北達(dá)科他州建立。工藝包括14個(gè)18000t，使用的氣化劑為氧氣和水蒸氣。生產(chǎn)的氣體中含有8％～10％的甲烷，經(jīng)過分別工藝可得到富甲烷氣體(SNG)，剩余氣體富含有效合成氣(CO+H2分氣體有1/3進(jìn)入氣體轉(zhuǎn)換單元提高H/CO比，再經(jīng)過低溫甲醇洗除去2×10催化劑的壽命維持在4a2個(gè)絕熱固定床反響器組成，第一個(gè)反響器入氣溫度300℃，出氣溫度450260℃，出氣溫度315℃。最初使用的催化劑是BASF公司生產(chǎn)的高鎳甲烷化催化劑，CO轉(zhuǎn)化率大于98％，2轉(zhuǎn)化率可達(dá)98CO：后就生產(chǎn)出SNGCON

,Xe和Kr，甲烷2化反響后還會副產(chǎn)石腦油和酚。圖1為Lurgi法生產(chǎn)SNG的工藝流程。Lurgi工藝投資本錢低，單線生產(chǎn)力量大，轉(zhuǎn)化率高，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)的合成自然氣品質(zhì)高，副產(chǎn)品種類多，技術(shù)成熟度高，經(jīng)過商業(yè)化規(guī)模的驗(yàn)證運(yùn)行穩(wěn)定，但是由于此工藝承受的是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，絕熱循環(huán)稀釋要消耗大量的能量，相當(dāng)于甲烷化反響產(chǎn)生的50％的能量，不能做到自TREMPTM工藝19世紀(jì)七八十年月，德國的Kernforschungszen—trumJtilich公司和RheinischeBraunkohlewerke公司以及丹麥的HaldorTopsOe公司聯(lián)合開發(fā)設(shè)計(jì)了甲烷轉(zhuǎn)換反響和其逆反響合成氣甲烷化反響的HaldorTopsCe公司的TREMPTM工藝就是為這個(gè)目的研發(fā)設(shè)計(jì)的。在工藝中，H

/CO比到達(dá)3時(shí)，煤氣化得到的合成氣經(jīng)轉(zhuǎn)換、凈2化進(jìn)入3個(gè)串聯(lián)的絕熱固定床反響器，其次和第三個(gè)絕熱反響器也可力達(dá)3MPa。在高溫甲烷化的過程中使用的是HaldorTopsCe公司生產(chǎn)的MCR一2X和MCR4600℃的溫度下連續(xù)運(yùn)行超過8000h，CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)100％，CO99％。為了回收甲烷化反2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)固定床蒸汽，回收甲烷化反響釋放的熱量。圖2為TREMPTM工藝流程。TREMPTM產(chǎn)力量在10萬～2O萬m3/h之間；合成氣轉(zhuǎn)化率高；回收過程能耗低，MCR一2X催化劑壽命長，活性高，副反響少，使用溫度范圍寬(250～700℃)，循環(huán)氣量僅為其他工藝的1/10達(dá)94％～96％，高位熱值達(dá)37260～38100kJ/m3，滿足了國家自然氣證了這一技術(shù)能夠用于商業(yè)化。HaldorTopsCe和德國的UnionKrafist-offWesseling(UKW)已經(jīng)建立了中試設(shè)備，處于工業(yè)化推廣TREMP工藝投資大，技術(shù)簡單度高，需要具有肯定的生產(chǎn)規(guī)模才能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。其他工藝1952工程最大的工藝特點(diǎn)是使用了流化床甲烷化反響器和催化劑再生系統(tǒng)。由于使用了流化床工藝，熱量和質(zhì)量傳導(dǎo)率較高，反響器可以本錢，但是這項(xiàng)技術(shù)還不夠成熟，簡單度較高，生產(chǎn)規(guī)模較小，目前還處于研發(fā)階段，沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營。1963年，美國煙煤爭論所(BCR)為了生產(chǎn)煤制自然氣而著手研發(fā)Bi～Gas用煤炭氣化產(chǎn)生的焦炭作為氣化爐的燃料，提高了原料煤的利用率，傳導(dǎo)率較高，甲烷化反響保持在恒溫狀態(tài)，但是技術(shù)簡單度較高，技術(shù)成熟度較低，CO的轉(zhuǎn)化率還有待提高，目前處于研發(fā)階段，沒有得到很好的推廣應(yīng)用。一步法甲烷化工藝HICOM工藝HICOM工藝是由英國煤氣公司研發(fā)設(shè)計(jì)。技術(shù)特點(diǎn)是將氣體轉(zhuǎn)換凈化、脫硫處理以后，和水蒸氣一起通入甲烷化單元。蒸汽除了調(diào)整H/CO比，還可以防止碳沉積，但是水蒸氣降低了熱效率，可能引起催的熱量用于生產(chǎn)高壓蒸汽。HICOM提高，目前還沒有實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化運(yùn)營。Comflux工藝1975年～l986年，德國的ThyssengasGmbH公司和德國卡爾斯魯厄大學(xué)共同研發(fā)了Comflux工壓縮機(jī)，大大降低了設(shè)備投資和生產(chǎn)本錢，與固定床工藝相比，大約節(jié)約了10％的本錢。同時(shí)由于使用了流化床工藝，質(zhì)量和熱量傳導(dǎo)率高，催化劑的裝卸和回收更加便利。廢熱得到了合理利用。工藝經(jīng)過了中試和半商業(yè)運(yùn)營，技術(shù)成熟度較高。液相甲烷化工藝美國的化學(xué)系統(tǒng)爭論所提出了另一種生產(chǎn)替代自然氣的方法--產(chǎn)力量大，投資本錢低。但是產(chǎn)品氣不太簡潔實(shí)現(xiàn)完全的氣液分別。目前，該工藝還處于研發(fā)階段。3、直接合成自然氣技術(shù)催化氣化工藝美國Exxon科學(xué)工程公司提出了一種催化氣化工藝(CatalysisCoalGasification，CCG)，可以將氣化和甲烷化合并為一個(gè)單元直接生產(chǎn)合成自然氣。工藝最大特點(diǎn)是氣化爐中參加鉀的酸性鹽催化CO和H

循環(huán)回氣2成率和產(chǎn)量還有待提高。美國巨點(diǎn)能源公司宣稱擁有世界上最先進(jìn)的一步法煤制自然氣步合成煤基自然氣的技術(shù)，具有煤種適應(yīng)性廣泛、操作溫度較低、操作條件溫順、工藝簡潔、造價(jià)低、節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。此外，此工藝省去了除渣過程，削減了維護(hù)需求，增加了熱效率，又因省去了空分裝置而降低了投資(該單元的投資占整個(gè)氣扮裝置總投資的20Des．Plaines氣體技術(shù)爭論所已經(jīng)進(jìn)展了1200h的運(yùn)行試驗(yàn)，但至今還沒有相關(guān)的可行性報(bào)告。加氫氣化工藝20世紀(jì)80反響器，熱氫氣與煤粉混合均勻加熱煤粉，直接生產(chǎn)富氫氣體。該工藝熱效率高，工藝簡潔，設(shè)備投資少，反響溫度簡潔掌握，反響規(guī)模需要增加氫氣發(fā)生裝置和氫氣分別裝置。4、國內(nèi)進(jìn)展煤制自然氣存在的問題和建議團(tuán)、大唐集團(tuán)、汶礦業(yè)集團(tuán)、中國海洋石油集團(tuán)、內(nèi)蒙古慶華集團(tuán)然成為國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)的寵。但是國內(nèi)在進(jìn)展煤制自然氣過程中還存在肯定的問題：首先，很多企業(yè)以圈占資源為目的一哄而上、盲假設(shè)不加以統(tǒng)籌標(biāo)準(zhǔn)，很可能消滅產(chǎn)能過剩的局面；其次，在地方政大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和市場風(fēng)險(xiǎn)；最終，從興旺國家的進(jìn)展閱歷來看，隨著煤制自然氣工程到底是納入統(tǒng)一的燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)還是獨(dú)立鋪設(shè)管網(wǎng)，氣產(chǎn)業(yè)，提出如下建議:(1)選擇適宜的煤制自然氣工藝中國低階要分布地區(qū)——疆和內(nèi)蒙古主要的煤種就是褐煤和低變質(zhì)程度的SNGLurgi加壓固力量大，原料煤制備工藝簡潔，投資少，消耗低，技術(shù)成熟牢靠的特點(diǎn)。因此，從技術(shù)、煤的利用效率和生產(chǎn)本錢考慮，Lurgi氣化爐是適合目前國內(nèi)煤制自然氣用氣化爐之一。HS可以降到0.1×10以下，CO可以降到1％以下，能夠滿足甲烷化的2

S和CO易于回收。2可供選擇的甲烷化工藝較多，其中Lurgi工藝和TREMP成熟牢靠，TREMPTM工藝也已經(jīng)處于工業(yè)化推廣階段。2種工藝單線生產(chǎn)力量大，合成氣轉(zhuǎn)化率高，均屬于絕熱循環(huán)稀釋甲烷化技術(shù)，能耗不成熟，不適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。因此，Lurgi工藝和TREMPTM工藝是目前中國甲烷化工藝的較優(yōu)選擇?？傊?，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)承受安全牢靠、先進(jìn)成熟，經(jīng)示范驗(yàn)證有成功合理選擇建設(shè)地點(diǎn)，盡量降低生產(chǎn)本錢煤炭價(jià)格和管道投資打算了SNG生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，煤富、煤炭價(jià)格低的地區(qū)，能夠滿足每年上千萬噸的用煤需求，同時(shí)還要有充分的水資源作保證，疆、內(nèi)蒙古等西部地區(qū)可以滿足SNG的管道的建設(shè)應(yīng)同步進(jìn)展，同時(shí)也可以考慮有效利用現(xiàn)有自然氣管道，位部門統(tǒng)一規(guī)劃協(xié)調(diào)，解決SNG的運(yùn)輸問題，實(shí)現(xiàn)煤制自然氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)與其他煤化工工程、副產(chǎn)品的聯(lián)產(chǎn)美國大平原燃料廠成功的閱歷說明：由于自然氣價(jià)格長期在低位徘徊，假設(shè)僅僅依靠SNG的收益是很難實(shí)現(xiàn)盈利的，大平原廠是通過生產(chǎn)