煤制天然气工艺技术和加工过程

煤制天然气工艺技术和加工过程

 

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。

从工艺技术和加工过程可分为“一步法”和“两步法”两种。
   (1)“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CO2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固体颗粒，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，在一个专门设备中和催化剂进行分离，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。
   (2)“两步法”煤制天然气技术
   “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：
  ①气化：在一定压力(3～4 MPa)和温度(1000～1300℃)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H2和CO的煤气。

②变换冷却：煤气通过部分变换反应将H2和CO体积比调整为3：l。所用催化剂为耐硫的钴钼催化剂，操作温度为200～500℃。然后再将高温变换气冷却至约40℃。
  ③净化(低温甲醇洗)：在-17～40℃下，利用甲醇对H2S和CO2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。
  ④甲烷合成：在一定温度(250～675℃)、压力(2.3～3.2MPa)和镍基催化剂存下，碳氧化物(CO+ CO2)与H2在甲烷化反应器中生成甲烷合成反应，得到SNG。
  ⑤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。