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煤制天然氣工藝技術(shù)和加工過程

來源: 中國慶華集團 王瑗 整理
編輯: 阿勇
發(fā)布時間: 2013-01-06
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    傳統(tǒng)的煤制天然氣技術(shù)是以煤炭為原料,氣化生產(chǎn)合成氣,經(jīng)凈化和轉(zhuǎn)化以后,在催化劑的作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng),生產(chǎn)熱值符合規(guī)定的替代天然氣(Substitute Natural Gas),也被稱為煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)。此技術(shù)需要的設(shè)備較多,投資較高,但技術(shù)非常成熟,甲烷轉(zhuǎn)化率高,技術(shù)復(fù)雜度略低,因此應(yīng)用更加廣泛,是煤制天然氣中的主流工藝。煤制天然氣與煤制其他能源產(chǎn)品相比,能量效率高,單位熱值水耗低。
從工藝技術(shù)和加工過程可分為“一步法”和“兩步法”兩種。
    (1)“一步法”煤制天然氣技術(shù)
    “一步法”煤制天然氣技術(shù)就是以煤為原料直接合成甲烷,從而得到煤制天然氣的方法,又稱“藍氣技術(shù)”。該技術(shù)是將煤粉和催化劑充分混合后送人反應(yīng)器,與水蒸氣在一個反應(yīng)器中同時發(fā)生氣化和甲烷化反應(yīng),氣化反應(yīng)所需的熱量剛好由甲烷化反應(yīng)所放出的熱量提供。反應(yīng)生成的CH4和CO2混合氣從頂部離開反應(yīng)器進入一個旋風分離器,分離出混合氣中夾帶的固體顆粒,然后進入一個氣體凈化器,脫除其中的硫,最后分離出CO2得到煤制合成天然氣(SNG)。煤灰由反應(yīng)器下部流出,在一個專門設(shè)備中和催化劑進行分離,分離的催化劑返回煤倉繼續(xù)循環(huán)使用。
    藍氣技術(shù)的特點是在一個反應(yīng)器中催化3種反映:氣化反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)、甲烷化反應(yīng),難點是催化劑的分離。
    (2)“兩步法”煤制天然氣技術(shù)
    “二步法”是先將煤轉(zhuǎn)化成合成氣(H2和CO),然后再進行甲烷化得到SNG的方法。從煤轉(zhuǎn)化為SNG需要經(jīng)歷幾個步驟:
    ①氣化:在一定壓力(3~4 MPa)和溫度(1000~1300℃)下,煤與氧氣和過熱水蒸氣的混合物發(fā)生氣化反應(yīng)生成富含H2和CO的煤氣。
    ②變換冷卻:煤氣通過部分變換反應(yīng)將H2和CO體積比調(diào)整為3:l。所用催化劑為耐硫的鈷鉬催化劑,操作溫度為200~500℃。然后再將高溫變換氣冷卻至約40℃。
    ③凈化(低溫甲醇洗):在-17~40℃下,利用甲醇對H2S和CO2優(yōu)良的吸收性能,脫除變換氣中的H2S和CO2,得到凈化氣。H2S可以通過克勞斯反應(yīng)轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。
    ④甲烷合成:在一定溫度(250~675℃)、壓力(2.3~3.2MPa)和鎳基催化劑存下,碳氧化物(CO+ CO2)與H2在甲烷化反應(yīng)器中生成甲烷合成反應(yīng),得到SNG。
    ⑤干燥壓縮:出甲烷化裝置的SNG通過干燥(三甘醇脫水撬),脫水至適當露點溫度(取決于冬季最低溫度),再壓縮達到管線所要求的壓力。
    另外,通過煤氣水分離,分離出煤氣水中焦油和中油,利用酚氨回收裝置回收絕大部分的粗酚和氨,得到了高附加值的產(chǎn)品,降低廢水處理難度。