論文航天爐煤制天然氣技術(shù)研究(編輯修改稿)
2024-09-25 16:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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。這些蒸汽用于驅(qū)動空分透平，或者作為氣化時的添加劑 (Lurgi 氣化爐 )，整個甲烷化系統(tǒng) 熱量回收效率很高。在國外唯一的工業(yè)化工廠中，采用的是三級甲烷化流程，并且采用稀釋的辦法，見圖 2[4]。 圖中可以看出，甲烷化的反應(yīng)器是三個串聯(lián)的，第一級反應(yīng)器的溫度為 650700℃，第二級反應(yīng)器的溫度為 500℃左右，最后一級的溫度為 350℃左右。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%。圖 3是三級甲烷化加稀釋流程圖。 圖 3 三級甲烷化加稀釋流程圖 目前，國內(nèi)比較流行的 Topsφe甲烷化工藝，與上述流程類似，在循環(huán)氣的抽出點(diǎn)的位置略有區(qū)別。 在同樣的原料合成氣和催 化劑的情況下， Topsφe甲烷化工藝的循環(huán)量要大一些，但是壓力增值小一些。 圖 4 Topsoe甲烷化工藝流程圖 甲烷合成的壓力 甲烷合成的壓力應(yīng)該視煤氣化的壓力而定。在用 Lurgi 煤氣化技術(shù)時，甲烷化的壓力在 左右，而采用水煤漿氣化時，可以在 Mpa下進(jìn)行，在采用粉煤氣化時，可以在 。顯然，由于甲烷化的反應(yīng)是一個減少體積的反應(yīng)，從熱力學(xué)的因素考慮，壓力高有利于甲烷化反應(yīng)的進(jìn)行，同時還有利于設(shè)備體積的縮小。 甲烷化反應(yīng)的產(chǎn)物 甲烷化 反應(yīng)的產(chǎn)物組成可以從流程模擬中得到，以 Lurgi氣化為先導(dǎo)的工藝，產(chǎn)品中氣體的組成見表 5。 表 5 甲烷化反應(yīng)的產(chǎn)物組成 組成 含量 Mol% CH4 9496 CO2 H2 CO 微量 N2+Ar 23 低熱值， Kcal/Nm3 84508675 產(chǎn)物中的 N2來自于煤氣化， H CO2和 CO是甲烷化的平衡組成，最后一級反應(yīng)器出口的溫度越低， CO2和 CO的含量就越低。 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，通常采用的固定床反應(yīng)器。 圖 5 Topsoe甲烷化反應(yīng)器 國內(nèi)早期研究成果的為 RHM266型號煤制人造天然氣甲烷化催化劑，數(shù)據(jù)見表 6。目前，市場上另一個催化劑是大連普瑞特化工科技有限公司的 M349，性能見表 7。 表 6 RHM266甲烷化催化劑的工藝條件 內(nèi)容 RHM266數(shù)據(jù) 壓力 /MPa 常壓～ 操作溫度 /℃ 280～ 650 空速 /h1 1000～ 3000 汽 /干氣 適量 氣體中的氧含量 /% ＜ 氣體中的總硫 /ppm ＜ 氣體中的總氯 /ppm ＜ 1 表 7 M349甲烷化催化劑的工藝條件 物性參數(shù) 外觀 淡綠色球狀顆粒 粒度 ,mm φ3～ φ5～ 6（可按需要） 強(qiáng)度 ,N/粒 ≥ 50、 100 破碎率 ,% ≤ 堆密度 ,g/L 使用壽命 ,年 ≥ 1 操作條件 還原溫度，℃ 400～ 450（通 H2預(yù)還原） 操作溫度，℃ 280～ 400 操作壓力， MPa ～ 操作空速， h－ 1 1500～ 6000 性能指標(biāo) CO、 CO2轉(zhuǎn)化率， % 95～ 98 Topsoe公司的 MCR2X催化劑 (圖 6)可以在高溫下使用，范圍為 250700℃，壓降比較低，壽命為 45000小時，已經(jīng)取得實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。 圖 6 MCR2X催化劑 7. 美國大平原工藝 [2] 工藝敘述 美國大平原廠是迄今世界上唯一的規(guī)模化煤制天然氣的工廠，是將 Lurgi氣化技術(shù)用于制取甲烷的典型示范廠。工藝過程如下： (1)煤的制備和貯存 : 22020t/d噸的褐煤先經(jīng)一段破碎至粒度小于 203mm。然后運(yùn)至廠內(nèi)破成小于 51mm，用自動裝卸機(jī)堆入暫時貯存場。用旋轉(zhuǎn)犁式給煤機(jī) 從貯存場將煤取出，經(jīng)高效概率篩進(jìn)行篩分。 14000t/d的 ， 8000t/d小于 Basin電廠作鍋爐燃料。 (2)煤的氣化 :氣化廠共安裝 14臺 Mark一 IV型魯奇氣化爐，其中 2臺備用。氣化爐在約3MPa的壓力下操作。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 。這些組分構(gòu)成煤氣水，送到后處理工序進(jìn)行分離。 (3)部分變換 :約 30%的粗煤氣在鉆一鉬催化劑的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行變換反應(yīng)生產(chǎn)氫氣，使煤氣中的氫和一氧化碳的比值符合甲烷化的需要 (約 稍大于 3:1)。 (4)煤氣冷卻和凈化 :煤氣冷卻裝置是用于冷卻變換后的煤氣和粗煤氣，回收盡可能多的熱量用來產(chǎn)生蒸汽和預(yù)熱鍋爐給水。變換后的煤氣和粗煤氣分別在兩個冷卻系統(tǒng)中冷卻，然后混合進(jìn)入低溫甲醇凈化裝置。 (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合物以及 CO2，得到符合甲烷化要求的原料氣。氨冷凍系統(tǒng)提供甲醇的致冷量。尾氣進(jìn)入 Stretford裝量回收硫。 (6)甲烷化 :從低溫甲醇凈化裝置來的合成原料氣用甲烷化循環(huán)氣稀釋以控制甲烷化反應(yīng)的溫度，合成原 料氣通過裝有鎳催化劑的反應(yīng)器而生成甲烷，產(chǎn)生的熱量用來產(chǎn)生高壓蒸汽。為了保證得到高熱值的產(chǎn)品氣，采用最終凈化反應(yīng)器以降低殘余 CO的濃度。 (7)產(chǎn)品氣壓縮 :產(chǎn)品氣經(jīng)冷卻、干燥后壓縮至 10MPa，送入管綱。生產(chǎn)的甲烷氣熱值約為 8695千卡 /米 3。 (8)回收硫 :低溫甲醇裝置的排放氣和氣化爐的閉鎖料計氣都用作本廠鍋爐燃料。在送往鍋爐燃燒之前，徑 Stretford裝置進(jìn)行洗滌以除去 H2S轉(zhuǎn)化成元素硫。 Stretford法采用碳酸鈉 /碳酸氫鈉、蕙釀二磺酸 (ADA)和偏釩酸鈉的稀溶液作吸收劑。經(jīng)洗滌后的氣流含殘余 H2S在 100 PPm以下，然后送往鍋爐焚燒。 (9)煤氣脫水 :粗煤氣和變換煤氣淬冷和冷卻時冷凝下來的煤氣水，匯合后流經(jīng)一系列分離器，分離出焦油和油副產(chǎn)品，焦油和油用作工廠的燃料，分離出焦油和油后的水溶液流經(jīng)礫石過擄器，然后送往脫酚裝置。 (10)脫酚 :煤氣水中尚含有酚和氨，必須脫除后才能用作冷卻塊補(bǔ)充水，在脫酚裝置中用二異丙醚抽提脫酚，脫酚后的煤氣水送去回收氨。 (11)回收氧 :用 Phosam法回收煤氣水中的氧。煤氣水經(jīng)蒸汽汽提除去氨，并用磷酸鐵水溶液吸收氮。然后將氨回收及凈化得到無水氨，作為副產(chǎn)品銷售。汽提 過的煤氣水用作冷卻塔的補(bǔ)充水。 (12)蒸汽系統(tǒng) :高壓蒸氣 (、 477℃ )用于工廠的 4臺大型壓縮機(jī)的驅(qū)動汽輪機(jī)，甲烷化裝置可提供工廠所需高壓蒸汽的一半以上，余下由鍋爐生產(chǎn)的高壓蒸汽補(bǔ)充。氣化用的蒸汽壓力為 ，由背壓式汽輪機(jī)得到。還有五種等級的低壓蒸汽 ( 、 Kg/cm2)分別用作再沸器、蒸汽伴管、各種熱交換器、預(yù)熱鍋爐給水和采暖等的熱源
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