煤化工及其催化剂技术进展

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1、2014年2014年度信息调研成果407煤化工及其催化剂技术进展胡建良（信息技术中心）摘要：煤化工是煤炭清洁高效转化最有效也是最主要的一种方式。文中综述了煤化工及其催化剂的技术进展，着重介绍了煤制天然气、煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚和煤制烯烃产业的工艺、技术特点、催化剂和发展前景，并根据长岭地区的实际情况提出了建议。关键词：煤化工天然气甲醇二甲醚烯烃芳烃乙二醇我国煤炭资源丰富，而石油和天然气需要大量进口。在此背景下，煤化工已成为当前的一个发展热点。政府鼓励发展煤电一体化、煤焦化、煤制气、煤制油等就

2、地转化项目，实现多联产、规模发展，拓宽煤炭利用范围，将煤炭由燃料向原料转化。业内分析人士以煤炭深加工示范项目和已获“路条”项目为基数测算，未来3年我国煤制天然气投资规模将超过2400亿元。到2018年，现代煤化工项目总投资额有望达到8000亿元，其中煤制天然气将达到4400亿元。在高油价和能源供应紧张的趋势下，新型煤化工为未来中国的油气资源补充和部分替代开辟了新方向。对传统煤化工来讲，长期的积累矛盾比较多，就是规模小，产能过剩，还有就是深加工项目比较少，面临较大的节能减排压力。目前，我国现代煤化工

3、仍处于示范建设阶段，由于现代煤化工技术具有装置规模大、技术集成度高和资源利用优于传统煤化工的特点，各地规划拟建的项目很多。为了使现代煤化工这一新兴产业从一开始就步入科学、有序、健康的发展轨道，国家出台了相应政策，明确了把煤制天然气、煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚和煤制烯烃作为现代煤化工的代表领域。下面对上述各煤化工工艺和催化剂的进展情况分别进行介绍。[1]1煤制天然气在大气污染与天然气需求增长的双重压力下，我国煤制天然气项目的商业化运营正在启动。第一批获得核准开工的煤制天然气项目共4个，大唐内蒙古克

4、旗项目、大唐辽宁阜新项目、汇能内蒙古鄂尔多斯项目、新疆庆华项目。这些项目在今年已经开始陆续进入投产阶段。1.1煤制天然气工艺路线煤制天然气技术的主要工艺流程是：煤气化生产合成气，合成气通过CO变换和净化后，经甲烷化反应生成天然气。近年来，也出现了直接合成天然气技术，是将煤气化和甲烷化合并为一个单元直接由煤生产富甲烷气体。与直接合成天然气技术相比，煤气化转化投资较高，但技术已经成熟，是煤制天然气中的主流工艺。煤制天然气的气化工艺可分为蒸汽－纯氧气化、加氢气化和催化蒸汽气化3种工艺。蒸汽－纯氧气化工艺

5、如图1所示，是传统的煤气化工艺。煤伴随着蒸汽和氧气进入气化炉内部发生气化反应，生成的气化气中主要含有CO、H2、CO2、甲烷和高级烃类(乙烷和丙烷)2014年2014年度信息调研成果407。气化气的组成取决于气化条件，如温度和压力。目前最经济、最成熟的也是蒸汽－纯氧气化工艺。空分气化洗涤变换净化甲烷化氧气空气蒸汽煤灰煤合成气脱焦油等蒸汽CO2H2，CH4天然气CO2CH4图1蒸汽-纯氧气化工艺流程加氢气化工艺是用H2将煤气化生成甲烷。气化反应所需H2可以通过甲烷蒸汽重整制取或其他外部方式获取。在甲

6、烷蒸汽重整装置中，加氢气化反应生成的甲烷转换为CO和H2。加氢气化法制天然气工艺流程如图2所示。加氢气化甲烷蒸汽重整气体分离变换净化煤灰脱焦油等煤蒸汽COCH4，H2CO2CO2蒸汽天然气H2CH4H2，CH4CO，H2图2加氢气化工艺流程框图催化蒸汽气化工艺的主要特点是在催化剂存在的条件下煤气化和甲烷化在同一个反应装置中进行。蒸汽－纯氧气化技术是目前最经济、最成熟的工业化技术，而加氢气化和蒸汽催化气化技术是在研究开发阶段的新技术。目前国内在建和开展前期研究的煤制天然气项目均采用第一种成熟的工艺技

7、术，对于后两种技术，美国、日本和澳大利亚都在进行积极的研究。1.2煤制天然气技术特点煤制天然气的核心技术是甲烷化工艺。目前使用的甲烷化技术主要是英国Davy公司的甲烷化技术、丹麦Topsoe甲烷化循环工艺技术和德国Lurgi公司甲烷化技术。前两者在合成气转化率上优于Lugri法，但其工业化程度落后于Lugri法。Davy甲烷化工艺技术成熟，单线生产能力大，可高达2×105m3/h；CRG催化剂经过了工业化验证，镍含量高，寿命长，在250~700℃内都具有很高且稳定的活性，可降低循环比且压缩机能耗低

8、；副产大量高中压过热蒸汽可用于驱动大型压缩机，每1000m3天然气副产约3.1t左右的高中压过热蒸汽，能量利用率高；冷却水消耗量低（低于1.27kg/m3）；合成天然气品质高，甲烷体积分数可达到94%~98%，高位发热量大于35.59MJ/m3，产品中其他组分很少，满足国家天然气标准以及管道输送的要求；甲烷合成压力高达3.0~6.0MPa，可以减少设备尺寸。Topsoe甲烷化循环工艺单线生产能力大，根据气化工艺不同，生产能力在105～2×105m3/h之间；合成气转化率高；回收过程