論文煤制甲烷-wenkub
2022-09-10 10:32:55 本頁面
【正文】 林浩特勝利煤田的煤炭資源，赤峰市克什克騰旗較為豐富的水資源，生產(chǎn)合成甲烷，通過長(zhǎng)輸管線直送北京市場(chǎng)。該工程 2020年 8月 12日通過了國(guó)家驗(yàn)收 ,同年 9月 18日 ,產(chǎn)能 Mm3/d的二期工程又順利投入試生產(chǎn) ,合計(jì)中熱值凈煤氣產(chǎn)能約 3 Mm3/d。 國(guó)內(nèi)的發(fā)展 西北化工研究院曾經(jīng)在上世紀(jì) 80年代開發(fā)過 RHM266型耐高溫甲烷化催化劑，適用于城市煤氣甲烷化，該工藝是將煤氣中部分 CO轉(zhuǎn)變?yōu)?CH4，從而達(dá)到提高熱值和降低煤氣中CO濃度的目的。 11月 11 日，裝置達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。 1981年 8月，里根總統(tǒng)授權(quán)能源部給予貸款保證 。 1973年， ANR成立了合成燃料組， Lummus一 Kaiser公司進(jìn)行了 780 km3/d代用天然氣裝置的可行性研究，魯奇公司承擔(dān)工藝的初步設(shè)計(jì)。 如果以西氣東送國(guó)家天然氣管道為基礎(chǔ)，建立全國(guó)天然氣管道網(wǎng)，將煤制甲烷，煤層氣、焦?fàn)t氣制甲烷等人工合成的甲烷，從分支管線送到國(guó)家主管道上，作為主管道的氣源，從而形成甲烷管道網(wǎng)，與電網(wǎng)相似。無疑，人民生活水平的提高，相應(yīng)對(duì)環(huán)保、生活的舒適性要求越來越高，天然氣肯定會(huì)供不應(yīng)求。 1 煤制甲烷的必要性 煤制甲烷是目前煤化工的頂尖熱門話題，在我國(guó)北方遼闊的大地上，一場(chǎng)聲勢(shì)浩大的合成甲烷浪潮正在形成，幾個(gè)大型煤制甲烷工程正在破土動(dòng)工，見表 1。 作為 13億人口的大國(guó)，居民飲食和生活燃料問題是十分重要的。讓 13億人的飲食和生活燃料都用上甲烷 (每年約需 180 Gm3)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)居民用燃料管道化，前景是相當(dāng)誘人的！ 要發(fā)展煤制甲烷，就應(yīng)該考慮在煤礦的坑口， 選擇合適的煤氣化技術(shù)， 集中設(shè)置多套大型化的煤氣化裝置， 經(jīng)過變換、脫硫脫碳、甲烷化等工序生產(chǎn) CH4，同時(shí)采用克勞斯硫回收等技術(shù)副產(chǎn)硫磺等。沿線主要城鎮(zhèn)可以從管道上獲取甲烷作為居民生活用氣，將對(duì)提高我國(guó)居民的生活質(zhì)量和改善大氣質(zhì)量起到巨大的作用。 1974年，成立 ANR煤氣化公司。 1984年 ，英國(guó)煤氣公司和德國(guó)魯奇公司合作，完成了 HICOM甲烷化工藝 。 1985年，由于能源價(jià)格下跌，工廠的生產(chǎn)難以維持。該催化劑 1986年通過化工部鑒定，已應(yīng)用于北京順義煤氣廠城市煤氣甲烷化固定床反應(yīng)器中，但是沒有在大規(guī)模城市甲烷生產(chǎn)上使用過。 用煤生產(chǎn)城市煤氣，是煤制甲烷的先驅(qū)。 3條生產(chǎn)線 ，每一條生產(chǎn)線與大平原廠相當(dāng)，共 48臺(tái) Lurgi 氣化爐 ， 45開 3備 。折合 1 km3天然氣耗水 t。管線起點(diǎn)為內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市克什克騰旗的浩來呼熱鄉(xiāng)，末 站設(shè)在北京古北口。近年來，煤化工技術(shù)已為大家所熟悉。 4 煤氣化技術(shù)的選用 美國(guó)大平原煤氣廠采用魯奇煤氣化工藝和甲烷化工藝 ［ 2， 5］ 。該公司使用兩種甲烷化催化劑，在 5～ 7 MPa、 600～650 ℃條件下操作，采用內(nèi)冷式副產(chǎn)蒸汽的反應(yīng)器。氣化出口含有 8%～ 10%的甲烷，同時(shí)投資比較低，可以使用 褐煤作原料 。 但是，從技術(shù)、煤的利用率、產(chǎn)品成本、以及環(huán)保角度考慮，水煤漿和干煤粉氣化不見得沒有優(yōu)勢(shì)，其取舍與其他煤化工工藝一樣，應(yīng)該因地制宜。 圖 2 水煤漿制取甲烷流程圖 計(jì)算表明，以神府煤為例，采用水煤漿技術(shù)，在氣化爐投料 62 t/h時(shí)，每噸原料煤可產(chǎn)人工天然氣 469 m3，副產(chǎn)的 t高壓蒸汽基本上可作為動(dòng)力蒸汽。部分變換是成熟技術(shù)。 5 甲烷化技術(shù) 坑口氣化工藝開發(fā)的難題是甲烷化反應(yīng)器和甲烷化回路。 其主要的反應(yīng)為： CO＋ 3H2 ＝ CH4＋ H2O △ H0＝－ kJ/mol CO2＋ 4H2＝ CH4＋ 2H2O △ H0＝－ kJ/mol 甲烷化反應(yīng)若是在絕熱反應(yīng)條件下進(jìn)行，絕熱升溫大致如下：氣體中每轉(zhuǎn)化 1％的 CO，絕熱升溫 72 ℃；每轉(zhuǎn)化 1％的 CO2 ，絕熱升溫 65 ℃。 反應(yīng)的移熱問題 在化肥工業(yè)中，甲烷化是用來除去合成氣中微量 CO和 CO2的，反應(yīng)溫度在 350 ℃左右，反應(yīng)器的溫升約 30 ℃。對(duì)于坑口氣化制取甲烷的工藝，不宜采用此法，可以在回路上想辦法。 甲烷化工藝回路 為了讓反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)中平穩(wěn)地進(jìn)行，可以采用冷激法和稀釋法。 (2)冷激 法 在反應(yīng)器催化床層之間，不斷加入低溫的新鮮氣，達(dá)到降低入口氣體溫度和 CO＋ CO2濃度的目的。 上述方法都利用了甲烷化放出的熱量，產(chǎn)出高壓過熱蒸汽，只是利用熱量的具體流程不同。全程 CO的轉(zhuǎn)化率為100%， H2的轉(zhuǎn)化率為 99%， CO2的轉(zhuǎn)化率為 98%。在用 Lurgi技術(shù)氣化時(shí)，甲烷化的壓力在 MPa 左右；而采用水煤漿氣化，可以在 ～ MPa下進(jìn)行；采用粉煤氣化，可以在 MPa下進(jìn)行。 6 甲烷化催化劑 合成原料氣通過裝有還原鎳催化劑的反應(yīng)器床層而生成甲烷，通常采用固定床反應(yīng)器，如圖 5。 圖 6 MCR2X催化劑 7 美國(guó)大平原工藝 ［ 2］ 工藝敘述 美國(guó)大平原廠是迄今世界上唯一的規(guī)模化煤制甲烷裝置，是 Lurgi氣化技術(shù)用于制取甲烷的典型示范廠。用旋轉(zhuǎn)犁式給煤機(jī)從貯存場(chǎng)將煤取出，經(jīng)高效概率篩篩分。生產(chǎn)的粗煤氣經(jīng)淬冷和冷卻，使焦油、油、酚類、氨和水從氣流中冷凝下來；這些構(gòu)成煤氣水，送到后處理工序進(jìn)行分離。 (5)低溫甲醇凈化 在此裝置中用低溫甲醇 (－ 73 ℃ )洗滌，將煤氣進(jìn)一步凈化，除去所有的石腦油和硫化物以及 CO2，得到符合甲烷化要
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