焦?fàn)t煤氣制天然氣工藝中甲烷化反應(yīng)的模擬(編輯修改稿)
2024-12-12 11:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 事研究開發(fā)煤制天然氣技術(shù)的單位主要有大連化學(xué)物理研究所與河北新奧集團(tuán)等，主要研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫高壓完全甲烷化催化劑及相關(guān)配套工藝?，F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室及部分中試工作均已完成，正準(zhǔn)備進(jìn)行后續(xù)工業(yè)化示范。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的煤及焦?fàn)t煤氣制天然氣的甲烷化催化劑有大連普瑞特化工科技有限公司 (中科院大連化學(xué)物理研究所控股企業(yè) )的 M 系列催化劑，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，其主要性能達(dá)到或超過國(guó)外催化劑。 2 流程工藝 圖 1 焦?fàn)t煤氣制天然氣工藝方案圖 圖 1 是焦?fàn)t煤氣制天然氣 (SNG)工藝流程圖，主要 包括 :原料氣壓縮、預(yù)處理、二次升壓、有機(jī)硫水解、精脫硫、甲烷化、甲烷提純幾個(gè)工序。如果要求制 CNG 產(chǎn)品，還需要增加壓縮工序，如果要求制 LNG 產(chǎn)品，可在甲烷化工序后接液化工序。 由界外管網(wǎng)來的焦?fàn)t氣，先經(jīng)氣液分離器，分離可能攜帶的液體，然后進(jìn)行氣體壓縮工序。由于焦?fàn)t氣中含有大量的焦油、酚、萘和苯等高碳物質(zhì)，在加壓的過程中會(huì)嚴(yán)重影響壓縮機(jī)的正常工作 ,尤其是在焦?fàn)t氣化產(chǎn)工序出現(xiàn)波動(dòng)的情況下。因此壓縮工序可采用噴油螺桿壓縮機(jī)將焦?fàn)t煤氣進(jìn)行增壓。預(yù)處理單元可采用變溫變壓吸附法對(duì)苯、萘等有機(jī)大分子物質(zhì)吸附脫除并回收。預(yù) 處理后焦?fàn)t煤氣繼續(xù)增壓，進(jìn)入脫硫工序。為保護(hù)甲烷化催化劑，精脫硫可采用加氫串中溫氧化鋅的干法精脫硫工藝，將原料氣中總硫脫至小于 。 甲烷化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，如何控制反應(yīng)溫升和回收反應(yīng)熱量是整個(gè)工序的關(guān)鍵。通行的工藝是采用多段絕熱反應(yīng)器流程，采用段間換熱和部分循環(huán)回流的工藝移除反應(yīng)熱并降低反應(yīng)器入口 CO 含量，從而控制反應(yīng)溫升。典型流程如圖2 所示，采用兩段或三段絕熱尾氣循環(huán)甲烷化技術(shù)工藝，同時(shí)獲取高品質(zhì)蒸汽。 圖 2 典型甲烷化工藝流程圖 凈化后的焦?fàn)t煤氣，主要含有 H CH CO、 CO N2 等，其 中部分氣量氣體進(jìn)入氣體混和器，與循環(huán)氣混合后提溫至 230~300℃進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器 R201，其中 CO 轉(zhuǎn)化率可達(dá)到 99%，出口溫度可控制在 450℃左右 。然后進(jìn)入換熱器及廢熱鍋爐 E102 回收熱量并副產(chǎn)蒸汽。出廢鍋的氣體與其余原料氣混合后控制溫度在 230~300℃，進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器 R102 進(jìn)一步甲烷化，出口可控制溫度400~450℃。之后氣體進(jìn)入廢熱鍋爐 E103 副產(chǎn)蒸汽。出廢鍋的氣體經(jīng)回收熱量，將其降溫至常溫，除掉冷凝水，其中部分進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)與新鮮原料氣混合，其余進(jìn)入后續(xù)甲烷提濃工段。本工藝循環(huán)氣壓縮機(jī)可選用離 心式壓縮機(jī)，壓差只需 即可 。甲烷化過程除 CH4 外的輕烴會(huì)發(fā)生加氫裂解反應(yīng)，增加了CH4 產(chǎn)量。提濃甲烷工序不宜采用膜分離，而宜采用變壓吸附技術(shù)。解析后的天然氣可根據(jù)產(chǎn)品需要通過壓縮機(jī)增壓至合適壓力并脫水。 為進(jìn)一步驗(yàn)證 M849 甲烷化催化劑對(duì)工業(yè)氣源的適應(yīng)性及整套工藝流程的可行性，大連普瑞特化工科技有限公司與山東焦化能源煤化有限公司、成都五環(huán)新銳有限公司等單位合作，完成了我國(guó)首套焦?fàn)t煤氣甲烷化合成天然氣全流程工藝試驗(yàn)裝置，經(jīng) 1000 小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)并于 2020 年 7 月 31 日通過了山東省科技廳組織的鑒定會(huì)。該流 程經(jīng) DSO 軟件平臺(tái) (DynamicSimulationamp。Optimization)進(jìn)行了模擬及優(yōu)化。 根據(jù)該裝置規(guī)模、原料氣中主體成分及含量、雜質(zhì)組成及含量等情況，甲烷化部分采用補(bǔ)加水蒸氣、尾氣不循環(huán)、兩段絕熱的工藝。 3 甲烷化反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型 數(shù)學(xué)模型的建立 通過對(duì) M849 甲烷化催化劑的反應(yīng)特性研
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