煤制天然气技术研究

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1、煤制天然气(SNG)技术现状1、煤制天然气技术路线传统的煤制天然气技术是以煤炭为原料，气化生产合成气，经净化和转化以后，在催化剂的作用下发生甲烷化反应，生产热值符合规定的替代天然气(SubstituteNaturalGas),也被称为煤气化转化技术。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，典型工艺有加氢气化工艺和催化气化工艺2种。相比直接合成天然气技术，煤气化转化技术需要的设备较多，投资较高，但技术非常成熟，甲烷转化率高，技术复杂度略低，因此应用更加广泛，是煤制天然气中的主流工艺。煤制天然气

2、技术主要使用固定床反应器和流化床反应器，其中，固定床甲烷化技术比较成熟，应用也更加广泛。催化剂以锋系催化剂为主，这种催化剂活性高，寿命长，但容易被硫毒化。近年来出现了以钿系催化剂为代表的耐硫催化剂，节约了合成气脱硫成本，但活性没有礫系催化剂高。2、煤气化转化技术制备天然气一般情况下，经煤气化得到的合成气的H2/CO比达不到甲烷化的要求，因此需要经过气体转换单元提高出/CO比。有些工艺有单独的气体转换单元，提高hk/CO比后再进入甲烷化单元，称为两步法甲烷化工艺；有些工艺将气体转换单元和甲烷化单元合并为一个部分同时进行，称为一步法甲烷化工艺。2

3、.1两步法甲烷化工艺（DLurgiX艺19世纪六七十年代，固定床甲烷化气化单元普遍使用的是德国的Lu晒气化炉。Lurgi公司和SA—SOL公司在南非的SasoIburg建立了一家试验工厂，另一家试验工厂由Lurgi公司和澳大利亚EL.Paso天然气公司建立。在Lurgi和SASOL的基础上，第一家煤制天然气工厂--大平原合成燃料厂在美国的北达科他州建立。工艺包括14个LurgiMarkIV固定床气化炉，日处理褐煤180001,使用的气化剂为氧气和水蒸气。生产的气体中含有8%—10%的甲烷，经过分离工艺可得到富甲烷气体（SNG）,剩余气体富含有

4、效合成气（CO+出），这部分气体有1/3进入气体转换单元提高H/C0比，再经过低温甲醇洗除去怪类和硫化物，此时硫化物的含量可以控制在2X10以下，可以保证催化剂的寿命维持在4a左右，然后合成气进入甲烷化单元，该单元由2个绝热固定床反应器组成，第一个反应器入气温度300°C,出气温度450°C,第二个反应器入气温度260°C,出气温度315°Co最初使用的催化剂是BASF公司生产的高礫甲烷化催化剂，C0转化率大于98%,后来改用Davy公司生产的CRG催化剂，C0的转化率可达100%,CO?的转化率可达98%O得到的气体产品经压缩、干燥除去C0

5、:后就生产出SNG,通过天然气管道输送给用户。副产C0被附近油田用于提高采油率，气化剂氧气是通过分离空气生产的，同时副产bXe和Kr,甲烷化反应后还会副产石脑油和酚。图1为Lurgi法生产SNG的工艺流程。LurgiX艺投资成本低，单线生产能力大，转化率高，可操作性强，生产的合成天然气品质高，副产品种类多，技术成熟度高，经过商业化规模的验证运行稳定，但是由于此工艺采用的是Lu哂气化+绝热循环稀释甲烷化技术，而Lurgi气化效率不高，绝热循环稀释要消耗大量的能量，相当于甲烷化反应产生的50%的能量，不能做到自身的能量平衡，所以此工艺的能效较低。

6、空气变压吸附制02SNG固甲定烷床化CLurgi法制备SNG工艺流程(2)TREMP™工艺19世纪七八十年代，德国的Kernforschungszen—trumJtiIich公司和RheinischeBraunkohIewerke公司以及丹麦的HaIdorTopsOe公司联合开发设计了甲烷转换反应和其逆反应合成气甲烷化反应的循环工艺，用于远距离储存和输送核能高温反应器发出的热量。丹麦HaldorTopsCe公司的TREMPTM工艺就是为这个目的研发设计的。在TREMPTM工艺中，H2/CO比达到3时，煤气化得到的合成气经转换、净化进入3个串联

7、的绝热固定床反应器，第二和第三个绝热反应器也可用1个沸水反应器（BWR）取代，反应器承受温度范围是250〜700°C,压力达3MPao在高温甲烷化的过程中使用的是HaldorTopsCe公司生产的MCR—2X和MCR4催化剂，该催化剂可以在600°C的温度下连续运行超过8000h,CO转化率可达100%,CO?转化率99%。为了回收甲烷化反应放出的热量，工艺中有1个蒸汽循环系统，第一个和第三个固定床反应器生产的产品气与该系统进行热交换，将产品气冷却的同时生产蒸汽，回收甲烷化反应释放的热量。图2为TREMP™工艺流程。TREMP™技术的优点是单

8、线生产能力大，根据气化工艺的不同，生产能力在10万〜20万n?/h之间；合成气转化率高；回收过程能耗低,充分利用甲烷化反应放出的热量，生产高压过热蒸汽产品；MCR—