【正文】 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，從而達到提高熱值和降低煤氣中CO濃度的目的。 1981年 8月，里根總統(tǒng)授權(quán)能源部給予貸款保證 。 如果以西氣東送國家天然氣管道為基礎(chǔ)，建立全國天然氣管道網(wǎng)，將煤制甲烷，煤層氣、焦爐氣制甲烷等人工合成的甲烷，從分支管線送到國家主管道上，作為主管道的氣源，從而形成甲烷管道網(wǎng)，與電網(wǎng)相似。 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，在我國北方遼闊的大地上，一場聲勢浩大的合成甲烷浪潮正在形成，幾個大型煤制甲烷工程正在破土動工，見表 1。讓 13億人的飲食和生活燃料都用上甲烷 (每年約需 180 Gm3)，實現(xiàn)全國居民用燃料管道化，前景是相當誘人的！ 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，同時采用克勞斯硫回收等技術(shù)副產(chǎn)硫磺等。 1974年，成立 ANR煤氣化公司。 1985年，由于能源價格下跌，工廠的生產(chǎn)難以維持。 用煤生產(chǎn)城市煤氣，是煤制甲烷的先驅(qū)。折合 1 km3天然氣耗水 t。近年來，煤化工技術(shù)已為大家所熟悉。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。 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，其取舍與其他煤化工工藝一樣，應(yīng)該因地制宜。部分變換是成熟技術(shù)。 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 ℃。對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。 (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，達到降低入口氣體溫度和 CO＋ CO2濃度的目的。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%。 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。用旋轉(zhuǎn)犁式給煤機從貯存場將煤取出，經(jīng)高效概率篩篩分。 (5)低溫甲醇凈化 在此裝置中用低溫甲醇 (－ 73 ℃ )洗滌，將煤氣進一步凈化，除去所有的石腦油和硫化物以及 CO2，得到符合甲烷化要求的原料氣。在送往鍋爐燃燒之前，經(jīng) Stretford 裝置進行洗滌以除去 H2S（轉(zhuǎn)化成元素硫）。汽提過的煤氣水用作冷卻塔的補充水?；覞{經(jīng)沉降脫水后，運至煤礦充填。 采用 Lurgi 煤氣化作為合成甲 烷的制氣工藝，不是唯一的選擇。污水中含酚，處理困難。用于城市居民燃料，還要加上輸送和城市管理費，至少在 /m3左右，這個價格居民恐怕難以接受。本計算采用熱值為 、 GJ/t的煤種 (表 12)，目的是為了與氣化技術(shù)相對應(yīng)，模擬得到 產(chǎn)物甲烷的 組成見表 13，然后進行比較，見表 14，計算的規(guī)模為 1 Gm3/a。 (1) 拓寬天然氣供應(yīng)渠道 國家一直鼓勵通過煤炭 的清潔利用發(fā)展能源和化工產(chǎn)業(yè)，煤制甲烷正是立足于國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的特點，通過煤炭的高效利用和清潔合理轉(zhuǎn)化生產(chǎn)甲烷。 (4)輸送方便 煤制甲烷可以用大規(guī)格高壓管道輸送，具備節(jié)能、環(huán)保和安全的優(yōu)點，輸送費用低。 可能有人提出，這樣做不如賣煤合算。 焦爐氣也可以成為甲烷產(chǎn)品的原料，例如， 100 km3的焦爐氣、補充 7 km3的 CO2，可以生產(chǎn) 50 km3的甲烷。 有序地發(fā)展將會讓我們走向美好的未來！ (2)建立全國居民飲食和生活燃料管道網(wǎng) 歐美國家大量使用天然氣，使老百姓生活很方便。 參考文獻 [1] 國家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)天然氣利用政策的通知 .發(fā)改能源 [2020]2155號， . [2] 趙振本 .美國大平原煤氣化廠 ［ J］ .煤炭加工與綜合利用， 1986， (2):51～ 55. [3] 唐宏青 .坑口氣化法制取人工天然氣或合成氣［ J］ .化工設(shè)計， 1998， 8(2):13～ 15， 3. [4] 李大尚 .煤制合成天然氣競爭力分析 ［ J］ .煤化工， 2020， (6):1～ 3,7. [5] 沙星中，楊南星等 .煤的氣化與利用［ M］ .華東理工大學出版社， 1995： 444 。 立足于中國的具體情況，煤制甲烷是有前途的，特別是在當前。目前可以采用的煤氣化方法比較多，可以根據(jù)不同的煤種，采用不同的煤氣化方法，例如水煤漿氣化、HTL爐等。至于企業(yè)是否愿意將煤用于生產(chǎn)甲烷，由企業(yè)自己看著辦。因此，從產(chǎn)品輸送方面來看，煤制甲烷是有優(yōu)勢的。 (2) 能源利用率高，優(yōu)勢明顯 目前，國內(nèi)將煤炭轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品的方式有發(fā)電、煤制油、煤制甲醇和二甲醚、煤制甲烷等。 每套 60000 m3/h的空分消耗 8 MPa、 477 ℃高壓過熱蒸汽 135 t/h，蒸汽系統(tǒng)重新設(shè)計后用于空分還有富裕。 (2)投資 目前國內(nèi)設(shè)計的幾個裝置的投資見表 11，這些裝置基本上都采用 Lurgi 氣化技術(shù)。從目前估計的數(shù)據(jù)來看， Lurgi煤氣化與用水煤漿氣化制甲烷的裝置總投資大致相當。這確實是一個優(yōu)點，但是