論文煤制甲烷-在線瀏覽
2024-11-02 10:32本頁(yè)面
【正文】 為豐富的水資源，生產(chǎn)合成甲烷，通過(guò)長(zhǎng)輸管線直送北京市場(chǎng)。全年消耗原料煤 14238 kt，燃料煤 kt。年耗水 kt。每噸天然氣耗水 t。 配套的輸氣管線為內(nèi)蒙古大唐克旗煤制甲烷項(xiàng)目輸氣管線，全長(zhǎng) 359 km；全線管徑 DN900 mm；設(shè)計(jì)壓力為 MPa；設(shè)計(jì)流量 12 Mm3/d。 3 工藝原理 煤制甲烷的工藝包括煤氣化、空分、部分變換、凈化 (低溫甲醇洗 )、甲烷化五個(gè)單元，見(jiàn)圖 1。 圖 1 煤制甲烷流程示意圖 煤制甲烷工藝最關(guān)鍵的技術(shù)是煤氣化。 目前國(guó)內(nèi)的煤氣化技術(shù)，已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)步。這些煤氣化技術(shù)都有可能成為煤制甲烷的工藝技術(shù)。該廠日耗原料碎煤 kt，生產(chǎn) 3800 km3的人工天然氣。投資 元， 14臺(tái)氣化爐， 12開(kāi) 2備。由于采用魯奇爐，轉(zhuǎn)化氣中的焦油處理比較麻煩，整個(gè)裝置的流程較長(zhǎng)。 由于美國(guó)采用了 Lurgi氣化技術(shù)，并且已經(jīng)有二十多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，因此國(guó)內(nèi)普遍主張?jiān)诿褐萍淄榈牧鞒讨?，采?Lurgi氣化技術(shù)。 上述流程的副產(chǎn)物是焦油，以及酚、氨。由于氣化出口的合成氣中 H2/CO比較高 ()，因此，需要變換的氣體較少，這些都是用 Lurgi氣化的優(yōu)點(diǎn)。 在我國(guó)，對(duì)水煤漿技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)很熟練，在煤質(zhì)允許的條件下，采用水煤漿制取甲烷也是可以考慮的。 多年前，筆者曾進(jìn)行過(guò)水煤漿制取甲烷的流程模擬計(jì)算 ［ 3］ ，流程示意見(jiàn)圖 2。一個(gè)年產(chǎn) 108 m3人工天然氣的坑口氣化裝置需要兩臺(tái)直徑為 m的水煤漿氣化爐和一套 42020 m3/h的空分設(shè)備。 對(duì)于氣化后的工藝，由于需要的 H2/CO＝ ，因此激冷流程更合適一些。低溫甲醇洗是最適合煤制甲烷的凈化技術(shù)，主要是它的脫硫能力很強(qiáng)， H2S可以降到 10－ 6以下，能夠滿足甲烷化催化劑的要求， CO2 也可以降到滿足甲烷化的要求 (1%以下 )。因此， 水煤漿氣化制取甲烷是有一定合理性 的。由于反應(yīng)熱很大而且比較集中，與上述配套的設(shè)備要產(chǎn)生大量的高壓蒸汽。在典型的操作條件下，甲烷化爐出口 CO和 CO2的總平衡濃度在 10 10－ 6以下，以滿足氨合成反應(yīng)的 要求。本方案中甲烷化前 CO＋ CO2含量為 24%～25％，體系的溫度升高值很大。對(duì)于合成氣制取甲烷的工藝 ，不能采用此法。這樣的反應(yīng)速度較慢，空速相對(duì)較小。 如果采用絕熱反應(yīng)，反應(yīng)器的筒體內(nèi)裝催化劑，不管是軸向還是徑向，由于進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器的新鮮氣中 CO＋ CO2 的含量在 20%～ 25%， 體系的溫度升高值很大。 若采用等溫甲烷化，對(duì) 煤制甲烷工藝是可行的，進(jìn)出甲烷化爐的氣體溫差控制在 30 ℃左右為宜。 這個(gè)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)比較麻煩，必須對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和傳熱作仔細(xì)的計(jì)算才行，可以分成多段。 (1)稀釋法 用甲烷化反應(yīng)后的循環(huán)氣來(lái)稀釋合成原料氣，以控制甲烷化反應(yīng)器的出口溫度，然后用廢熱鍋爐回收反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，得到高壓蒸汽。 這個(gè)辦法的能量回收有一定的損耗。 工藝氣體一部分用于反應(yīng)，一部分用于冷激。即可以將甲烷化反應(yīng)分成幾段來(lái)進(jìn)行，分段用廢熱鍋爐回收反應(yīng)熱。這些蒸汽用于驅(qū)動(dòng)空分透平，或者作為氣化時(shí)的添加劑 (Lurgi 氣化爐 )，整個(gè)甲烷化系統(tǒng)熱量回收效率很高。 從圖 3可以看出，甲烷化反應(yīng)器是三個(gè)串聯(lián)的，第一級(jí)反應(yīng)器的溫度為 650～ 700 ℃，第二級(jí)反應(yīng)器的溫度為 500 ℃左右，最后一級(jí)的溫度為 350 ℃左右。 圖 3 三級(jí)甲烷化加稀釋流程圖 目前，國(guó)內(nèi)比較流行的 Topsφ e甲烷化工藝，與上述流程類似，見(jiàn)圖 4，只是循環(huán)氣的抽出點(diǎn)位置略有區(qū)別。 圖 4 Topsφ e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。顯然，由于甲烷化反應(yīng)是一個(gè)體積縮小的反應(yīng)，從熱力學(xué)角度考慮，壓力高有利于甲烷化反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)還有利于設(shè)備體積的縮小。 產(chǎn)物中的 N2來(lái)自于煤氣化， H CO2和 CO 是甲烷化的平衡組成，最后一級(jí)反應(yīng)器出口的溫度越低， CO2和 CO 的含量就越低。 圖 5 Topsφ e甲烷化反應(yīng)器 國(guó)內(nèi)早期研究的 RHM266型 煤制天然氣甲烷化催化劑的數(shù)據(jù)見(jiàn)表 6。 Topsφ e公司的 MCR2X催化劑 (圖 6)可以在高溫下使用，范圍為 250～ 700 ℃，壓降比較低，壽命為 45000 h，已經(jīng)取得實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。工藝過(guò)程如下。然后運(yùn)至廠內(nèi)破碎成小于 51 mm，用自動(dòng)裝卸機(jī)堆入暫時(shí)貯存場(chǎng)。 14000 t/d 的 51～ mm碎煤供給氣化爐， 8000 t/d小于 mm的粉煤送到相鄰的 Basin電廠作為鍋爐燃料。氣化爐在約3 MPa的壓力下操作。 (3)部分變換 約 30%的粗煤氣在鈷－鉬催化劑反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行變換反 應(yīng)，生產(chǎn)氫氣，使煤氣中氫和一氧化碳的比值符合甲烷化的需要 (稍大于 3∶ 1)。變換后的煤氣和粗煤氣分別在兩個(gè)冷卻系統(tǒng)冷卻，然后混合進(jìn)入低溫甲醇凈化裝置。氨冷凍系統(tǒng)提供甲醇所需的冷量。 (6)甲烷化 從低溫甲醇凈化裝置來(lái) 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(guò)裝有鎳催化劑的反應(yīng)器生成甲烷，產(chǎn)生的熱量用來(lái)產(chǎn)生高壓蒸汽。 (7)產(chǎn)品氣壓縮 產(chǎn)品氣經(jīng)冷卻、干燥后壓縮至 10MPa，送入管網(wǎng)。 (8)回收硫 低溫甲醇洗裝置的排放氣和氣化爐的閉鎖料斗氣都作為本廠鍋爐燃料。 Stretford法采用碳酸鈉 /碳酸氫鈉 、蒽醌二磺酸 (ADA
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