焦炉煤气制天然气工艺中甲烷化反应的模拟

焦炉煤气制天然气工艺中甲烷化反应的模拟内容摘要：

事研究开发煤制天然气技术的单位主要有大连化学物理研究所与河北新奥集团等，主要研发具有自主知识产权的高温高压完全甲烷化催化剂及相关配套工艺。 现实验室及部分中试工作均已完成，正准备进行后续工业化示范。 目前国内市场上的煤及焦炉煤气制天然气的甲烷化催化剂有大连普瑞特化工科技有限公司 (中科院大连化学物理研究所控股企业 )的 M 系列催化剂，据相关文献报道，其主要性能达到或超过国外催化剂。 2 流程工艺 图 1 焦炉煤气制天然气工艺方案图 图 1 是焦炉煤气制天然气 (SNG)工艺流程图，主要 包括 :原料气压缩、预处理、二次升压、有机硫水解、精脱硫、甲烷化、甲烷提纯几个工序。 如果要求制 CNG 产品，还需要增加压缩工序，如果要求制 LNG 产品，可在甲烷化工序后接液化工序。 由界外管网来的焦炉气，先经气液分离器，分离可能携带的液体，然后进行气体压缩工序。 由于焦炉气中含有大量的焦油、酚、萘和苯等高碳物质，在加压的过程中会严重影响压缩机的正常工作 ,尤其是在焦炉气化产工序出现波动的情况下。 因此压缩工序可采用喷油螺杆压缩机将焦炉煤气进行增压。 预处理单元可采用变温变压吸附法对苯、萘等有机大分子物质吸附脱除并回收。 预 处理后焦炉煤气继续增压，进入脱硫工序。 为保护甲烷化催化剂，精脱硫可采用加氢串中温氧化锌的干法精脱硫工艺，将原料气中总硫脱至小于。 甲烷化是强放热反应，如何控制反应温升和回收反应热量是整个工序的关键。 通行的工艺是采用多段绝热反应器流程，采用段间换热和部分循环回流的工艺移除反应热并降低反应器入口 CO 含量，从而控制反应温升。 典型流程如图2 所示，采用两段或三段绝热尾气循环甲烷化技术工艺，同时获取高品质蒸汽。 图 2 典型甲烷化工艺流程图 净化后的焦炉煤气，主要含有 H CH CO、 CO N2 等，其 中部分气量气体进入气体混和器，与循环气混合后提温至 230~300℃进入甲烷化反应器 R201，其中 CO 转化率可达到 99%，出口温度可控制在 450℃左右。 然后进入换热器及废热锅炉 E102 回收热量并副产蒸汽。 出废锅的气体与其余原料气混合后控制温度在 230~300℃，进入甲烷化反应器 R102 进一步甲烷化，出口可控制温度400~450℃。 之后气体进入废热锅炉 E103 副产蒸汽。 出废锅的气体经回收热量，将其降温至常温，除掉冷凝水，其中部分进入循环压缩机与新鲜原料气混合，其余进入后续甲烷提浓工段。 本工艺循环气压缩机可选用离 心式压缩机，压差只需 即可。 甲烷化过程除 CH4 外的轻烃会发生加氢裂解反应，增加了CH4 产量。 提浓甲烷工序不宜采用膜分离，而宜采用变压吸附技术。 解析后的天然气可根据产品需要通过压缩机增压至合适压力并脱水。 为进一步验证 M849 甲烷化催化剂对工业气源的适应性及整套工艺流程的可行性，大连普瑞特化工科技有限公司与山东焦化能源煤化有限公司、成都五环新锐有限公司等单位合作，完成了我国首套焦炉煤气甲烷化合成天然气全流程工艺试验装置，经 1000 小时运转并于 2020 年 7 月 31 日通过了山东省科技厅组织的鉴定会。 该流 程经 DSO 软件平台 (DynamicSimulationamp。 Optimization)进行了模拟及优化。 根据该装置规模、原料气中主体成分及含量、杂质组成及含量等情况，甲烷化部分采用补加水蒸气、尾气不循环、两段绝热的工艺。 3 甲烷化反应的数学模型 数学模型的建立 通过对 M849 甲烷化催化剂的反应特性研。