无循环高效合成甲烷化技术

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1、2021/9/71无循环高效合成甲烷技术北京华福工程有限公司2014年6月2021/9/72概述技术背景工艺原理及特点中试装置情况公司业绩介绍2021/9/732012年中国天然气表观消费量达1459亿立方米，而国内天然气生产所能提供的只有1067.1亿立方米，天然气供应缺口达391.9亿立方米。迄今，中国天然气生产几乎全部为常规天然气。天然气行业“十二五”发展目标已基本确立，天然气在能源生产和消费结构中的比重将翻一番，开展“分布式能源”利用项目将成为未来发展的重点。据悉，“十二五”期间，中国将继续提高天

2、然气在一次能源消费中所占的比重，并加速天然气配套基础设施建设，尤其是分布式冷热电联供利用项目。预计，发电、车用两大市场的迅猛发展也将推动“十二五”期间天然气消费大幅攀升。预计“十二五”末期天然气占一次能源消费总量的比例将提高到8%。2013年9月11日，国务院公布大气污染防治新方案，部署能源结构调整，增加清洁能源供应的新任务，认为天然气是煤炭的重要替代品，国务院要求，2017年京津冀区域城市建成区、长三角城市群、珠三角区域基本完成燃煤锅炉、工业窑炉、自备燃煤电站的天然气替代改造任务。国家将专门制定煤制天然

3、气发展规划，在满足最严格的环保要求和保障水资源供应的前提下，加快煤制天然气产业化和规模化步伐。行业背景2021/9/74煤制天然气的关键在于甲烷化工艺技术。目前，中国已经建设和将要建设的煤制天然气示范装置，其甲烷化技术主要依靠引进国外技术，目前商业化的甲烷化技术：戴维(Davy)公司CRG甲烷化技术托普索(Topsoe)的TREMPTM甲烷化技术Lurgi甲烷化技术工艺技术、催化剂和循环气压缩机等关键设备均引进。不仅投资高，同时一定程度上阻碍了行业的长期健康发展。技术背景2021/9/75甲烷化技术发展趋

4、势煤气甲烷化工艺有两种，即煤气间接甲烷化和煤气直接甲烷化。①粗煤气间接甲烷化第一步粗煤气通过CO部分变换反应得到H2/CO略大于3的合成气CO+H2O=H2+CO2第二步合成气经过净化，即完全脱硫和脱除大部分CO2后，（CO、CO2和H2）发生下面的甲烷化反应,绝大部分CO和CO2转化成甲烷：CO+3H2=CH4+H2O（g）（1）CO2+4H2=CH4+2H2O（g）（2）反应（1）比反应（2）更容易进行，速度也更快。②粗煤气直接甲烷化（HICOM工艺）HICOM工艺-粗煤气在经过脱硫后不经变换,由煤气

5、中的CO直接在水蒸汽存在下发生甲烷化,CO和水蒸汽生成甲烷的反应如下：4CO+2H2O=CH4+3CO2（g）（3）以上的反应，都是在催化剂下进行的。直接甲烷化比起间接甲烷化工艺，因为少了变换工序，能效率较高；投资相对略低；但从流程复杂性看，差别不大，直接甲烷化尽管省了变换单元，但甲烷化前必须脱硫，甲烷化后还要脱除CO2;从技术成熟性上看，包括甲烷化催化剂，间接甲烷化应用更普遍。技术背景2021/9/76甲烷化反应由于是放热放应，撤热有利于反应进行。根据撤热的方式不同甲烷化有不同的工艺流程，概括起来有以下

6、三种类型：无撤热的绝热甲烷化工艺列管式冷媒撤热的甲烷化工艺循环气外撤热的甲烷化工艺第一类工艺在合成氨生产工艺中采用，用于处理合成气经脱CO2以后残余的COx,西北化工研究院在煤气甲烷化中试装置上采用过，该工艺要求甲烷化催化剂有非常好的耐热性能，可以耐受600℃以上的高温。第二类工艺中科院大连化物所采用，使用导热油作为撤热的冷媒。此类工艺的优点是反应可以控制在最佳的温度范围内进行、反应床层的温度梯度小，因而催化剂首次装填量小；缺点是：反应器结构较为复杂、反应管材质为不锈钢，造价较高；其次，除了给反应器撤热的

7、冷媒导热油循环系统之外，还需要另外一个回收反应热的冷剂循环，如锅炉给水-蒸汽循环，因而流程较长。技术背景2021/9/77第三类工艺需要将甲烷化反应生成气在回收了热量后，大部分通过压缩机补压后循环到反应器的入口，这种工艺更适合于大型装置上采用。考虑到甲烷化反应的强放热特性及余热的高效利用，工业上成熟的煤制天然气的甲烷化一般采用高温绝热反应器，目前，国内引进的Davy和Topsoe甲烷化工艺都采用高温绝热反应器，通过循环稀释来控制反应温度。即成熟的甲烷化工艺均采用高温循环机，循环机的工作温度为260~320

8、℃。此工艺的优势是：流程及控制相对简单，可以有效回收中高压蒸汽、易于放大，反应器结构简单、造价低。缺点是：采用循环来控制甲烷化反应温度，由于反应器进料流量增大，反应推动力减小，催化剂装填量要显著增加，此外，该工艺必须要增加循环气压缩机（需进口）及其投资。同时该工艺存在着飞温的可能，是煤制天然气工厂最大的隐患。气体循环不仅造成了能量的浪费，而且使生产的安全性、稳定性降低。技术背景2021/9/78北京华福工程有限公司、大连瑞克公