焦?fàn)t氣甲烷化制sngcnglng技術(shù)開發(fā)

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1、西南化工研究設(shè)計院2010年成果推廣會論文焦?fàn)t氣甲烷化制SNG/CNG/LNG技術(shù)開發(fā)（西南化工研究設(shè)計院）摘要：焦?fàn)t氣制合成天然氣SNG、壓縮天然氣CNG和液化天然氣LNG是焦?fàn)t氣利用的新途徑。討論了利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣SNG的不同工藝流程，比較了各種工藝流程的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評價。結(jié)果表明，焦?fàn)t氣甲烷化后制合成天然氣工藝，并進(jìn)一步加工生產(chǎn)壓縮天然氣和液化天然氣，原料利用率更高，環(huán)保效果更佳，且經(jīng)濟(jì)效益更優(yōu)。關(guān)鍵詞：焦?fàn)t氣；甲烷化；合成天然氣1前言天然氣是一種清潔能源，但目前我國天然氣消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)比例

2、只有3~4%，遠(yuǎn)低于世界平均水平（25%）。提高天然氣在一次能源消費(fèi)中的比例，有助于我國環(huán)境保護(hù)。我國天然氣市場處于快速發(fā)展期。國家發(fā)改委能源局預(yù)測在2010年天然氣缺口將達(dá)到150億Nm3；2015年，國內(nèi)天然氣需求量將達(dá)到2000億Nm3，市場缺口約400億Nm3；到2020年天然氣需求量可望超過3000億Nm3，市場缺口將達(dá)到900億Nm3。我國天然氣價格也處于上升期。按熱值當(dāng)量測算，國內(nèi)天然氣井口價格與原油價格比在0.24～0.4:1，而發(fā)達(dá)國家天然氣與原油比價通常在0.6:1，仍有50%以上的上調(diào)空間。國家發(fā)改委

3、決定自2010年6月1日起將國產(chǎn)陸上天然氣出廠基準(zhǔn)價格由每千立方米925元提高到1155元，每千立方米提高230元，提價幅度為24.9%。與此同時，我國焦化企業(yè)副產(chǎn)大量的焦?fàn)t氣，除回爐加熱自用及民用（作城市煤氣）、生產(chǎn)合成氨或甲醇外，每年富余焦?fàn)t氣約200億Nm3，熱值超過“西氣東輸”一期工程的天然氣熱值。焦?fàn)t氣燃燒排放或直接排放，既造成巨大的資源浪費(fèi)，又造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，利用焦?fàn)t氣生產(chǎn)合成天然氣(SNG)，進(jìn)而生產(chǎn)壓縮天然氣(CNG)或液化天然氣(LNG)，可開辟新的清潔能源來源，同時將產(chǎn)生較明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境

4、效益與社會效益，對促進(jìn)焦化與能源行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。-5-西南化工研究設(shè)計院2010年成果推廣會論文2焦?fàn)t氣制合成天然氣原理與工藝流程2.1技術(shù)原理由于焦?fàn)t氣中CO和CO2的總含量約為10%(v)，多碳烴的含量為2~3%，以及約55%(v)的H2，所以可以利用甲烷化反應(yīng)生成甲烷，主反應(yīng)見反應(yīng)式(1)和(2)：焦?fàn)t氣中還有少量O2，可與氫氣反應(yīng)生成水，見反應(yīng)式(3)：從反應(yīng)式(1)、(2)和(3)可知，這三個反應(yīng)都是很強(qiáng)的放熱反應(yīng)，在反應(yīng)過程中反應(yīng)熱可使甲烷化爐的溫度升高到650℃左右。這不僅使催化劑由于

5、多碳烴裂解而結(jié)碳，還可能容易使不耐高溫的甲烷化催化劑燒結(jié)而失活。2.2焦?fàn)t氣制合成天然氣的工藝流程針對反應(yīng)中溫升較高，目前主要開發(fā)了兩類焦?fàn)t氣制合成天然氣工藝流程，但基本工序一致（見圖1），都先經(jīng)過脫苯脫萘、脫硫等預(yù)處理，再進(jìn)行甲烷化和分離而得到合成天然氣（SNG）。TSA壓縮脫硫甲烷化SNG焦?fàn)t氣除焦油苯等分離氫氣圖1焦?fàn)t氣制合成天然氣工藝流程第一種工藝流程以高溫甲烷化工序?yàn)楹诵模瑢?yīng)的甲烷化爐采用絕熱式甲烷化反應(yīng)器。第二種工藝流程以低溫甲烷化工序?yàn)楹诵模淄榛癄t采用等溫反應(yīng)器。2.2.1耐高溫甲烷化工藝高溫甲烷化工藝流

6、程主要是三個或四個甲烷化爐，并在每個甲烷化爐中間利用廢熱鍋爐或換熱器回收熱量，移出反應(yīng)熱（見圖2）。凈化后的焦?fàn)t氣第一甲烷化爐第二甲烷化爐第三甲烷化爐去分離工序圖2耐高溫甲烷化工序流程-5-西南化工研究設(shè)計院2010年成果推廣會論文該流程主要是利用溫度對化學(xué)平衡的限制，在第一個甲烷化爐中當(dāng)溫度升高到650°C左右時，甲烷化反應(yīng)接近平衡，因此絕熱爐的溫度就不再升高，從而可以保護(hù)甲烷化催化劑。并且可利用反應(yīng)熱產(chǎn)生過熱蒸汽進(jìn)行蒸汽透平驅(qū)動離心壓縮機(jī)，節(jié)省大量電力消耗。該流程最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，無循環(huán)壓縮機(jī)，投資省，且生產(chǎn)容易自

7、動化控制，操作彈性較大，熱量利用率高。2.2.2低溫甲烷化工藝以低溫甲烷化工序?yàn)楹诵牡募淄榛に嚵鞒桃部梢苑譃閮深?，一類是耐硫甲烷化工藝流程，另一類是非耐硫甲烷化工藝流程。這兩個工藝流程的主要區(qū)別是兩者對脫硫精度的要求不同，前者一般可使用總硫約10ppm的焦?fàn)t氣做原料，而后者必須精脫硫到0.1ppm以下，甲烷化催化劑的活性組分主要是Ni。目前，耐硫甲烷化催化劑還處于研發(fā)階段，但其優(yōu)點(diǎn)顯著，不需要精脫硫，可以節(jié)省部分設(shè)備和精脫硫劑的費(fèi)用。兩類流程的相同點(diǎn)都是甲烷化工序中必須保持反應(yīng)爐的溫度在450°C以下，否則容易使催化劑燒

8、結(jié)而失活。為了達(dá)到此目的，甲烷化工序必須采大量原料氣進(jìn)行循環(huán)（見圖3），使進(jìn)入甲烷化爐中的CO和CO2的含量在氣體中的體積分?jǐn)?shù)小于3%，從而控制甲烷化爐的溫升。甲烷化冷卻壓縮加熱去分離工序循環(huán)凈化后的焦?fàn)t氣圖3低溫甲烷化工序流程2.3焦?fàn)t氣制壓縮天然氣和液化天然的工藝流程焦?fàn)t氣壓縮預(yù)處理甲烷化分離SNG