煤制天然气工艺技术和加工过程

来源: 中国庆华集团 王瑗 整理
编辑: 阿勇
发布时间: 2013-01-06
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    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(Substitute Natural Gas),也被称为煤气化转化技术。此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。煤制天然气与煤制其他能源产品相比,能量效率高,单位热值水耗低。
从工艺技术和加工过程可分为“一步法”和“两步法”两种。
    (1)“一步法”煤制天然气技术
    “一步法”煤制天然气技术就是以煤为原料直接合成甲烷,从而得到煤制天然气的方法,又称“蓝气技术”。该技术是将煤粉和催化剂充分混合后送人反应器,与水蒸气在一个反应器中同时发生气化和甲烷化反应,气化反应所需的热量刚好由甲烷化反应所放出的热量提供。反应生成的CH4和CO2混合气从顶部离开反应器进入一个旋风分离器,分离出混合气中夹带的固体颗粒,然后进入一个气体净化器,脱除其中的硫,最后分离出CO2得到煤制合成天然气(SNG)。煤灰由反应器下部流出,在一个专门设备中和催化剂进行分离,分离的催化剂返回煤仓继续循环使用。
    蓝气技术的特点是在一个反应器中催化3种反映:气化反应、水煤气变换反应、甲烷化反应,难点是催化剂的分离。
    (2)“两步法”煤制天然气技术
    “二步法”是先将煤转化成合成气(H2和CO),然后再进行甲烷化得到SNG的方法。从煤转化为SNG需要经历几个步骤:
    ①气化:在一定压力(3~4 MPa)和温度(1000~1300℃)下,煤与氧气和过热水蒸气的混合物发生气化反应生成富含H2和CO的煤气。
    ②变换冷却:煤气通过部分变换反应将H2和CO体积比调整为3:l。所用催化剂为耐硫的钴钼催化剂,操作温度为200~500℃。然后再将高温变换气冷却至约40℃。
    ③净化(低温甲醇洗):在-17~40℃下,利用甲醇对H2S和CO2优良的吸收性能,脱除变换气中的H2S和CO2,得到净化气。H2S可以通过克劳斯反应转化为单质硫。
    ④甲烷合成:在一定温度(250~675℃)、压力(2.3~3.2MPa)和镍基催化剂存下,碳氧化物(CO+ CO2)与H2在甲烷化反应器中生成甲烷合成反应,得到SNG。
    ⑤干燥压缩:出甲烷化装置的SNG通过干燥(三甘醇脱水撬),脱水至适当露点温度(取决于冬季最低温度),再压缩达到管线所要求的压力。
    另外,通过煤气水分离,分离出煤气水中焦油和中油,利用酚氨回收装置回收绝大部分的粗酚和氨,得到了高附加值的产品,降低废水处理难度。