论文航天炉煤制天然气技术研究(编辑修改稿)

论文航天炉煤制天然气技术研究(编辑修改稿)内容摘要：

用了甲烷化放出的热量，产出高压过热蒸汽，只是利用热量的具体流程不同。 这些蒸汽用于驱动空分透平，或者作为气化时的添加剂 (Lurgi 气化炉 )，整个甲烷化系统 热量回收效率很高。 在国外唯一的工业化工厂中，采用的是三级甲烷化流程，并且采用稀释的办法，见图 2[4]。 图中可以看出，甲烷化的反应器是三个串联的，第一级反应器的温度为 650700℃，第二级反应器的温度为 500℃左右，最后一级的温度为 350℃左右。 全程 CO的转化率为 100%， H2的转化率为 99%， CO2的转化率为 98%。 图 3是三级甲烷化加稀释流程图。 图 3 三级甲烷化加稀释流程图 目前，国内比较流行的 Topsφe甲烷化工艺，与上述流程类似，在循环气的抽出点的位置略有区别。 在同样的原料合成气和催 化剂的情况下， Topsφe甲烷化工艺的循环量要大一些，但是压力增值小一些。 图 4 Topsoe甲烷化工艺流程图 甲烷合成的压力 甲烷合成的压力应该视煤气化的压力而定。 在用 Lurgi 煤气化技术时，甲烷化的压力在 左右，而采用水煤浆气化时，可以在 Mpa下进行，在采用粉煤气化时，可以在。 显然，由于甲烷化的反应是一个减少体积的反应，从热力学的因素考虑，压力高有利于甲烷化反应的进行，同时还有利于设备体积的缩小。 甲烷化反应的产物 甲烷化 反应的产物组成可以从流程模拟中得到，以 Lurgi气化为先导的工艺，产品中气体的组成见表 5。 表 5 甲烷化反应的产物组成 组成 含量 Mol% CH4 9496 CO2 H2 CO 微量 N2+Ar 23 低热值， Kcal/Nm3 84508675 产物中的 N2来自于煤气化， H CO2和 CO是甲烷化的平衡组成，最后一级反应器出口的温度越低， CO2和 CO的含量就越低。 6 甲烷化催化剂 合成原料气通过装有还原镍催化剂的反应器床层而生成甲 烷，通常采用的固定床反应器。 图 5 Topsoe甲烷化反应器 国内早期研究成果的为 RHM266型号煤制人造天然气甲烷化催化剂，数据见表 6。 目前，市场上另一个催化剂是大连普瑞特化工科技有限公司的 M349，性能见表 7。 表 6 RHM266甲烷化催化剂的工艺条件 内容 RHM266数据 压力 /MPa 常压～ 操作温度 /℃ 280～ 650 空速 /h1 1000～ 3000 汽 /干气 适量 气体中的氧含量 /% ＜ 气体中的总硫 /ppm ＜ 气体中的总氯 /ppm ＜ 1 表 7 M349甲烷化催化剂的工艺条件 物性参数 外观 淡绿色球状颗粒 粒度 ,mm φ3～ φ5～ 6（可按需要） 强度 ,N/粒 ≥ 50、 100 破碎率 ,% ≤ 堆密度 ,g/L 使用寿命 ,年 ≥ 1 操作条件 还原温度，℃ 400～ 450（通 H2预还原） 操作温度，℃ 280～ 400 操作压力， MPa ～ 操作空速， h－ 1 1500～ 6000 性能指标 CO、 CO2转化率， % 95～ 98 Topsoe公司的 MCR2X催化剂 (图 6)可以在高温下使用，范围为 250700℃，压降比较低，寿命为 45000小时，已经取得实际生产的经验。 图 6 MCR2X催化剂 7. 美国大平原工艺 [2] 工艺叙述 美国大平原厂是迄今世界上唯一的规模化煤制天然气的工厂，是将 Lurgi气化技术用于制取甲烷的典型示范厂。 工艺过程如下： (1)煤的制备和贮存 : 22020t/d吨的褐煤先经一段破碎至粒度小于 203mm。 然后运至厂内破成小于 51mm，用自动装卸机堆入暂时贮存场。 用旋转犁式给煤机 从贮存场将煤取出，经高效概率筛进行筛分。 14000t/d的 ， 8000t/d小于 Basin电厂作锅炉燃料。 (2)煤的气化 :气化厂共安装 14台 Mark一 IV型鲁奇气化炉，其中 2台备用。 气化炉在约3MPa的压力下操作。 生产的粗煤气经淬冷和冷却，使焦油、油、酚类、氨和水从气流中冷凝下来。 这些组分构成煤气水，送到后处理工序进行分离。 (3)部分变换 :约 30%的粗煤气在钻一钼催化剂的反应器内进行变换反应生产氢气，使煤气中的氢和一氧化碳的比值符合甲烷化的需要 (约 稍大于 3:1)。 (4)煤气冷却和净化 :煤气冷却装置是用于冷却变换后的煤气和粗煤气，回收尽可能多的热量用来产生蒸汽和预热锅炉给水。 变换后的煤气和粗煤气分别在两个冷却系统中冷却，然后混合进入低温甲醇净化装置。 (5)低温甲醇净化 :在此装置中用低温甲醇 (73℃ )洗涤，将煤气进一步净化，除去所有的石脑油和硫化合物以及 CO2，得到符合甲烷化要求的原料气。 氨冷冻系统提供甲醇的致冷量。 尾气进入 Stretford装量回收硫。 (6)甲烷化 :从低温甲醇净化装置来的合成原料气用甲烷化循环气稀释以控制甲烷化反应的温度，合成原 料气通过装有镍催化剂的反应器而生成甲烷，产生的热量用来产生高压蒸汽。 为了保证得到高热值的产品气，采用最终净化反应器以降低残余 CO的浓度。 (7)产品气压缩 :产品气经冷却、干燥后压缩至 10MPa，送入管纲。 生产的甲烷气热值约为 8695千卡 /米 3。 (8)回收硫 :低温甲醇装置的排放气和气化炉的闭锁料计气都用作本厂锅炉燃料。 在送往锅炉燃烧之前，径 Stretford装置进行洗涤以除去 H2S转化成元素硫。 Stretford法采用碳酸钠 /碳酸氢钠、蕙酿二磺酸 (ADA)和偏钒酸钠的稀溶液作吸收剂。 经洗涤后的气流含残余 H2S在 100 PPm以下，然后送往锅炉焚烧。 (9)煤气脱水 :粗煤气和变换煤气淬冷和冷却时冷凝下来的煤气水，汇合后流经一系列分离器，分离出焦油和油副产品，焦油和油用作工厂的燃料，分离出焦油和油后的水溶液流经砾石过掳器，然后送往脱酚装置。 (10)脱酚 :煤气水中尚含有酚和氨，必须脱除后才能用作冷却块补充水，在脱酚装置中用二异丙醚抽提脱酚，脱酚后的煤气水送去回收氨。 (11)回收氧 :用 Phosam法回收煤气水中的氧。 煤气水经蒸汽汽提除去氨，并用磷酸铁水溶液吸收氮。 然后将氨回收及净化得到无水氨，作为副产品销售。 汽提 过的煤气水用作冷却塔的补充水。 (12)蒸汽系统 :高压蒸气 (、 477℃ )用于工厂的 4台大型压缩机的驱动汽轮机，甲烷化装置可提供工厂所需高压蒸汽的一半以上，余下由锅炉生产的高压蒸汽补充。 气化用的蒸汽压力为 ，由背压式汽轮机得到。 还有五种等级的低压蒸汽 ( 、 Kg/cm2)分别用作再沸器、蒸汽伴管、各种热交换器、预热锅炉给水和采暖等的热源。