煤制天然气SNG技术

1、煤制天然气(SNG)技术1、煤制天然气技术路线传统的煤制天然气技术是以煤炭为原料，气化生产合成气，经净 化和转化以后，在催化剂的作用下发生甲烷化反应，生产热值符合规 定的替代天然气(Substitute Natural Gas)，也被称为煤气化转化技 术。此技术需要的设备较多，投资较高，但技术非常成熟，甲烷转化 率高，技术复杂度略低，因此应用更加广泛，是煤制天然气中的主流 工艺。煤制天然气与煤制其他能源产品相比，能量效率高，单位热值 水耗低。煤制能源产品的能量效率和水耗项目能量效率/%单位热值水耗/ ( t - GJ-1)煤制天然气50 520.18 0.23煤制油34.80.38煤制二甲醚3

2、7.90.77煤制甲醇41.80.782、煤气化转化技术制备天然气一般情况下，经煤气化得到的合成气的H2/CO比达不到甲烷化的 要求，因此需要经过气体转换单元提高H2/C O比。从工艺技术和加工 过程可分为“一步法”和“两步法”两种。“一步法”煤制天然气技术“一步法”煤制天然气技术就是以煤为原料直接合成甲烷，从而得到煤制天然气的方法，又称“蓝气技术”。该技术是将煤粉和催化 剂充分混合后送人反应器，与水蒸气在一个反应器中同时发生气化和 甲烷化反应，气化反应所需的热量刚好由甲烷化反应所放出的热量提供。反应生成的CH4和CH2混合气从顶部离开反应器进入一个旋风分离 器，分离出混合气中夹带的同体颗粒，

3、然后进入一个气体净化器，脱 除其中的硫，最后分离出CO2得到煤制合成天然气(SNG)。煤灰由反应 器下部流出，在一个专门设备巾和催化剂进行分离，分离的催化剂返 回煤仓继续循环使用。蓝气技术的特点是在一个反应器中催化3种反映：气化反应、水煤气变换反应、甲烷化反应，难点是催化剂的分离。“两步法”煤制天然气技术CH什 CCh催化甲烷化“二步法”是先将煤转化成合成气(H2和CO)，然后再进行甲烷化 得到SNG的方法。从煤转化为SNG需要经历几个步骤：气化：在一定压力(34 MPa)和温度(10001300C)下，煤 与氧气和过热水蒸气的混合物发生气化反应生成富含七和3的煤气。变换冷却：煤气通过部分变换

4、反应将七和CO体积比调整为3: 1。所用催化剂为耐硫的钻钼催化剂，操作温度为200500C。然后 再将高温变换气冷却至约40 C。净化(低温甲醇洗)：在-1740C下，利用甲醇对HS和CO22优良的吸收性能，脱除变换气中的H2S和CO2，得到净化气。H2S可以通 过克劳斯反应转化为单质硫。甲烷合成：在一定温度(250675C)、压力(2.33.2 MPa) 和镍基催化剂存下，碳氧化物(CO+ CO2)与七在甲烷化反应器中生成甲 烷合成反应，得到SNG。干燥压缩：出甲烷化装置的SNG通过干燥(三甘醇脱水撬)， 脱水至适当露点温度(取决于冬季最低温度),再压缩达到管线所要求 的压力。另外，通过煤气

5、水分离，分离出煤气水中焦油和中油，利用酚氨 回收装置回收绝大部分的粗酚和氨，得到了高附加值的产品，降低废 水处理难度。3、甲烷化技术甲烷化技术是“二步法”煤制天然气的关键环节，该环节是将造 气工序的合成气通人甲烷化反应器，在催化剂的作用下反应生成甲烷 气体。(1) 戴维甲烷化技术(CRG)CRG工艺一般有4个绝热反应器，原料气分2股分别进入第一、第二反 应器。在第一反应器和第二反应器间设有循环管线（即二段循环），以 防止第一反应器出口超温。反应器出口处设有废锅或换热器回收反应 热，提高热效率，具体工艺路线见下图。CRG工艺特点是技术成熟，单线生产能力大，可高达2 x 105 m3/h, 催化剂

6、镍含量高，寿命长，在250700 C内都具有很高且稳定的活性， 可降低循环比且压缩机能耗低，副产大量高压过热蒸汽可用于驱动大 型压缩机，每1000 m3天然气副产约3.1 t高压过热蒸汽，能量利用率 高，冷却水消耗量低（冷却水消耗低于1.27 kg/m3 SNG），代用天然 气品质高，甲烷体积分数可达94%98%,高位发热量大于35. 59 MJ /m3,产品中其他组分很少，完全可以满足国家天然气标准以及管道 输送的要求，甲烷合成压力高达3.06.OMPa，可以减少设备尺寸。（2）托普索甲烷化技术（TREMPtm ）在TREMPtm工艺中，H/CO比达到3时，煤气化得到的合成气经转换、净化进入

7、3个串联的绝热固定床反应器，第二和第三个绝热反应器也 可用1个沸水反应器(BWR)取代，反应器承受温度范围是250700C, 压力达3 MPa。在高温甲烷化的过程中使用的是MCR-2X和MCR4催化剂， 在600。的温度下连续运行超过8000h, CO转化率可达100%, CO转化2率99%。为了回收甲烷化反应放出的热量，工艺中有1个蒸汽循环系 统，第一个和第三个固定床反应器生产的产品气与该系统进行热交换， 将产品气冷却的同时生产蒸汽，回收甲烷化反应释放的热量，具体工 艺流程见下图。7;|定沐拒烷化1过热蒸汽;锅炉於水I一 1.芝气冷曷f冷标液体TREMPtm技术的优点是单线生产能力大，合成气

8、转化率高，回收过 程能耗低，充分利用甲烷化反应放出的热量，生产高压过热蒸汽产品; MCR2X催化剂寿命长，活性高，副反应少，使用温度范围宽，合成 天然气品质高。但是tremp工艺投资大 技术复杂度高，需要具有一 定的生产规模才能产生较好的经济效益。鲁奇甲烷化技术(Lurgi )Lurgi一般有3个绝热反应器，原料气分成两股分别进入第一、第 二反应器。在第一反应器和第二反应器间设有循环管线（二段循环）, 以防止第一反应器出口超温。反应器出口处设有废锅或换热器回收反 应热，提高热效率。与戴维甲烷化工艺不同的是，补充甲烷化反应器 只有一个，脱硫槽在SNG换热器前。催化剂为镍基催化剂，活化温度 250290C，可在550700C高温下操作，具体工艺流程见下图。此种工艺投资成本低，单线生产能力大，转化率高，可操作性强， 生产的合成天然气品质高，副产品种类多，技术成熟度高，但是由于 此工艺采用的是Lu哂气化+绝热循环稀释甲烷化技术，而Lurgi气化效 率不高，不能做到自身的能量平衡，所以此工艺的能效较低。附：国内在建的大型煤制天然气项目项目名称地点规