基于甲烷化反应原理与特点的煤制天然气技术链优化构想.pdf

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1、第44卷第2期煤化工VoI．44No．22016年4月CoalChemicalIndustryApr．2016基于甲烷化反应原理与特点的煤制天然气技术链优化构想宋鹏飞，侯建国，王秀林，姚辉超，高振，张瑜，穆翔宇(中海石油气电集团技术研发中心，北京100007)摘要煤制天然气技术链复杂、各工段温度多次升降，造成整体能耗较高。甲烷化是煤制天然气技术链中的关键环节和核心工艺。基于甲烷化反应的原理与特点，以减少冷热交替和简化流程为目标，对煤制天然气技术链提出3个优化组合的构想：耐硫cO变换与耐硫甲烷化一体化、从低温甲醇洗工段向甲烷化工段补cO。、弃风／光制氢与甲烷化结合。耐硫变换与甲烷化一体化

2、能够省去单独的变换工段，甲烷化后，工艺气体体积缩小，再进行脱硫脱碳，能降低设备尺寸；低温甲醇洗补碳至甲烷化工段，有利于更好地控制产品气中氢气的含量，提高产品气品质；弃风／光制氢与甲烷化结合，能省去变换单元和脱碳，使尽量多的碳转化为cH产品，降低c0排放。关键词煤制天然气，甲烷化，耐硫变换，低温甲醇洗，弃风／光，电解水制氢文章编号：1005—9598(2016)一020015-05中图分类号：TQ54文献标识码：A煤制天然气符合我国资源禀赋特点，发展前景广阔。随着全社会对环保的重视度越来越高，国家环保部门对煤制天然气行业的能耗和环保要求也越来越SNG严格，引导着行业朝高能效、低水耗、零排

3、放的绿色方水蒸气向发展。目前煤制天然气技术链存在流程复杂、冷热图1典型煤制天然气项目工艺流程示意图交替的问题，如何能进一步优化流程、提高整体能效是研究重点。甲烷化技术作为煤制天然气技术链中的温度降至200℃～300℃，并除去夹带出炉的粉尘⋯。关键核心技术之一，其创新和发展会影响整个流程和除尘后进入c0变换单元，变换常采用Co—Mo系催化整体能效。基于对甲烷化技术反应原理和特点的理剂，其操作温度为240℃～480℃；变换后进入低温解，结合甲烷化工艺的创新发展趋势，笔者对煤制天甲醇洗工段，把物料冷却至一20℃～一7O℃；净化后然气流程提出几点优化构想。的气体再进入甲烷化工段，要求前端的超精

4、脱硫净化温度在150℃～180℃，通常一段甲烷化反应器入1煤制天然气流程口温度在300℃左右，由于甲烷化反应放出大量热，主甲烷化出口工艺气升温至630℃～670℃⋯，冷却典型煤制天然气项目的工艺流程示意图见图1。至300℃左右后，再进行辅甲烷化反应，出口温度其主要工艺技术包括煤气化、洗涤冷却、粗煤气耐油300℃～400℃，出口气再冷却至40℃～8O℃进行气耐硫变换、低温甲醇洗净化、硫回收、甲烷化等_l]。液分离、干燥，经压缩机增压后外输。从工艺流程可煤制天然气整个过程中，各工段的温度出现多以看出，煤制天然气流程中，出现了多次的冷热交次升降变化。煤气化后出口温度900℃～l300℃；替，

5、这就造成一定的能量浪费，降低了整体能量利气化出口的粗煤气一般采用完全水激冷，把粗合成气用效率。收稿日期：2015一ll—O8作者简介：宋鹏飞(1985一)，男，河南驻马店，工程师，硕士，2009年本科毕业于中国石油大学(北京)应用化学专业，主要从事LNG接收站工艺设计和甲烷化技术研究，E-mail：songpf@cnooc．com．CII。16煤化工2016年第2期2煤制天然气流程优化构想化剂的两类概念均有人提出和研究。孙琦等。开发了以钼为活性金属、配合适当助剂的甲烷化催化剂，叮2．1耐硫Co变换和耐硫甲烷化一体化以实现在原料气不脱硫的情况下，使甲烷化和c0变C0变换1段的主要作用是调

6、整T艺气中的氢碳换两种反应在同一催化剂上同时进行，日‘无需加入水比。煤制天然气气化后的粗煤气中氢碳比偏低，即Hl，蒸气来调节氢碳比，其热量比传统艺减小近40％刘量是相对偏少的，而甲烷化反应需要的氢碳比约为铭彦等⋯采用MoS和A10，制备了兼具耐硫、变换、3：1。这就需要通过C0变换工段，把一一部分CO水蒸甲烷化重功能的催化剂，评价效果较好。气反应，转换成cO和H。，保证H含量达到甲烷化反也有专家认为，在脱硫脱碳前，一步同时完成变应要求后，再通过脱酸上段，脱去多余的c0。但实际换和甲烷化难度很大，可以采用耐硫变换+部分甲烷上c0的变换反应也是甲烷化过程复杂化学反应体系化功能催化剂，使变换

7、段承担一部分甲烷化负荷，中的一个反应，即水汽变换反应(表1中反应3)。从而降低甲烷化工段负荷。总之．日前两个概念种类表1甲烷化过程中的化学反应【8_1的耐硫变换和耐硫甲烷化一体化催化剂都尚处于研究阶段，还存在诸多难题有待解决2．2从低温甲醇洗工段向甲烷化工段补CO，根据甲烷化反虚的特点，要求氢碳比(即模值，R=[H