煤制天然气工艺

Company L煤制天然气简介纲纲 要要 煤制天然气概况煤制天然气概况1基本原理基本原理2甲烷化技术甲烷化技术3 小结小结4概概 况况v煤制天然气发展历史煤制天然气发展历史20世世纪纪70年年代代,第第一一次次石石油油供供应应危危机机，当当时时西西德德鲁鲁奇奇公公司司和和南南非非煤煤、油油、气气公公司司，建建成成一一套套半半工工业业化化煤煤制制天天然然气气试试验验装装置置。同同时时,鲁鲁奇奇公公司司和和奥奥地地利利艾艾尔尔帕帕索索天天然然气气公公司司建建设设了了另另一一套套半半工工业业化化的的天天然然气试验装置。都进行了较长时期的运转气试验装置。都进行了较长时期的运转,取得了可喜的试验成果。取得了可喜的试验成果。丹丹麦麦托托普普索索公公司司1978年年在在美美国国建建成成7.2万万m3/d的的合合成成天天然然气气厂厂，1981年年由由于于油油价价降降低低，被被迫迫关关停停。最最近近,托托普普索索公公司司为为美美国国某某公公司司完成了一个完成了一个420万万m3/d合成天然气工厂的前期工作。合成天然气工厂的前期工作。1984年年美美国国大大平平原原建建成成389万万m3/d的的煤煤制制天天然然气气工工厂厂,产产品品气气含含甲甲烷烷96%,该厂建成至今该厂建成至今,正常运行正常运行20多年。多年。20世世纪纪80年年代代至至90年年代代，我我国国大大连连化化物物所所在在低低热热值值煤煤气气甲甲烷烷化化制制取中热值城市煤气方面进行了大量工作取中热值城市煤气方面进行了大量工作,并相继建成了并相继建成了10个工厂。个工厂。因此因此,煤制天然气技术成熟、可靠。煤制天然气技术成熟、可靠。概概 况况产业政策鼓励作后盾产业政策鼓励作后盾 发展煤制发展煤制发展煤制发展煤制天然气天然气天然气天然气市场供不应求、利润巨大市场供不应求、利润巨大 大部分技术已国产化大部分技术已国产化能源利用效率最高能源利用效率最高WhyWhy？概概 况况v产业政策鼓励煤化工发展作后盾产业政策鼓励煤化工发展作后盾国家国家“十一五十一五”规划以及西部大开发规划。规划以及西部大开发规划。国国家家出出台台的的石石化化产产业业调调整整和和振振兴兴规规划划更更是是将将煤煤制制天天然然气气列列为为煤化工的煤化工的5类示范工程之一。类示范工程之一。v大部分技术已国产化大部分技术已国产化国国内内煤煤制制天天然然气气的的技技术术不不存存在在什什么么大大问问题题，大大部部分分技技术术已已实实现现国国产化。产化。李大尚（原化工部第二设计院工程设计师）李大尚（原化工部第二设计院工程设计师）在在技技术术装装备备上上，甲甲烷烷化化装装置置仅仅引引进进高高压压蒸蒸汽汽过过热热器器、循循环环气气压压缩缩机等个别设备，其余大部分为国产化设备。机等个别设备，其余大部分为国产化设备。2008年年11月月，新新奥奥集集团团煤煤基基甲甲烷烷项项目目投投料料的的试试车车成成功功(产产品品甲甲烷烷含含量量达达95.67%)表表明明煤煤基基甲甲烷烷化化的的可可行行性性，为为日日后后建建设设大大型型煤煤基基甲甲烷生产装置积累了宝贵的经验。烷生产装置积累了宝贵的经验。概概 况况v市场供不应求投资天然气利润巨大市场供不应求投资天然气利润巨大预测未来供求关系预测未来供求关系20002008年年，我我国国天天然然气气消消费费量量年均增长年均增长16.2%。以以同同等等热热值值计计算算，天天然然气气目目前前价价格格均均低低于于油油、电电、液液化化气气的的价价格格，价价格与价值不相符。格与价值不相符。概概 况况v能源利用效率最高能源利用效率最高热能有效热能有效利用率利用率制天然气制天然气 53%发电发电40-45%制油制油26.9-28.6%制甲醇制甲醇28.4-50.4%概概 况况建设单位建设单位建设地点建设地点规模（亿规模（亿Nm3/a）总投资（亿元）总投资（亿元）大唐集团大唐集团内蒙古赤峰内蒙古赤峰40188大唐集团大唐集团辽宁阜新辽宁阜新40234汇能煤化工汇能煤化工内蒙古鄂尔多斯内蒙古鄂尔多斯16112华银电力华银电力内蒙古鄂尔多斯内蒙古鄂尔多斯15174神华集团神华集团内蒙古鄂尔多斯内蒙古鄂尔多斯20140山东新汶矿业山东新汶矿业新疆伊犁新疆伊犁20100中海油中海油/同煤同煤山西大同山西大同40300表表1.中国似建和在建煤制天然气项目中国似建和在建煤制天然气项目 基本原理基本原理煤间接甲烷化煤间接甲烷化煤煤气气化化制制合合成成气气的过程的过程；合合成成气气(经经净净化化和和调调整整H2/CO比比后后的的煤煤气气)制制甲甲烷的过程。烷的过程。煤制甲烷煤制甲烷工艺工艺煤直接甲烷化煤直接甲烷化 煤煤在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下用用煤煤直直接接制制产产品品富富甲甲烷气的工艺。烷气的工艺。基本原理基本原理v煤间接甲烷化过程煤间接甲烷化过程(a)在水蒸汽和氧气存在下在水蒸汽和氧气存在下,气化煤来生产合成气气化煤来生产合成气(H2+CO)。C+H2OCO+H2H=135kJ/molC+2H2OCO2+2H2H=96.6kJ/mol(b)气体的净化气体的净化,主要是脱除酸性气体主要是脱除酸性气体CO2和含硫化合物和含硫化合物。(c)利用水煤气变换反应调节利用水煤气变换反应调节H2/CO大约为大约为3:1。CO+H2OCO2+H2H=-41kJ/mol(d)甲烷化反应甲烷化反应CO+3H2CH4+H2OH=-206kJ/molCO2+4H2CH4+2H2OH=-165kJ/mol 注：上述反应为吸热反应注：上述反应为吸热反应,氧气作用是燃烧部分碳氧气作用是燃烧部分碳 提供过程所需热能。提供过程所需热能。基本原理基本原理v煤直接甲烷化过程煤直接甲烷化过程 煤煤直直接接制制甲甲烷烷没没有有明明显显的的煤煤气气化化和和甲甲烷烷化化两两个个过过程程,是是在在一一个个反反应应器器中中用用煤煤直直接接制制甲甲烷烷的的工工艺艺。该该工工艺除发生上述化学反应外艺除发生上述化学反应外,还发生下述反应。还发生下述反应。C+2H2CH4H=-84.3kJ/mol2 C +4 H2 2 CH4甲烷化技术甲烷化技术气化气化变换变换空分空分原料煤原料煤空气空气OO2 2酸性气脱除酸性气脱除甲烷化甲烷化SNG产品产品硫回收硫回收硫磺硫磺v典型间接甲烷化工艺流程典型间接甲烷化工艺流程甲烷化技术甲烷化技术技术名称技术名称技术特点技术特点催化剂催化剂丹丹麦麦托托普普索索(Topse)公公司司TREMP甲烷化技术甲烷化技术生生产产高高压压过过热热蒸蒸汽汽，低低投投资资，冷冷却却水水消消耗耗量量极极低低，产产品品富富甲甲烷烷气气符符合合城城市市煤煤气气质质量量标标准准，甲甲烷烷化化进进料料气气压压力力高高达达8.0MPa，可减少设备尺寸。，可减少设备尺寸。采采用用MCR-2X催催化化剂剂使使用用温温度度范范围围宽宽(250700)，CO转转化化率率高高，甲甲烷烷选选择择性性大大，催催化化剂剂寿寿命命长长，工工业业示示范范运运行行4104h，但催化剂不耐硫。，但催化剂不耐硫。英英国国戴戴维维(Davy)甲甲烷烷化化技术技术可可产产出出高高压压过过热热蒸蒸汽汽和和高高品品质质天天 然然 气气，甲甲 烷烷 化化 压压 力力 高高 达达3.06.0MPa，可可以以减减少少设设备备尺尺寸。寸。已已经经经经过过工工业业化化验验证证，具具有有变变换换功功能能，合合成成气气不不需需要要调调节节H/C比比，转转化化率率高高，使使用用范范围围很很宽宽，在在230700范范围围内内都都具有很高且稳定的活性。具有很高且稳定的活性。德德国国鲁鲁奇奇(Lurgi)甲甲烷烷化化技术技术可可制制取取合合格格的的天天然然气气，其其中中CO转转化化率率可可达达100，CO2转转化化率率可可达达98，产产品品甲甲烷烷含含量量可可达达95，完完全全满满足足生生产产天天然然气气的的需求。需求。采用采用Davy公司的催化剂。公司的催化剂。表表1.间接甲烷化技术间接甲烷化技术甲烷化技术甲烷化技术技术名称技术名称技术特点技术特点催化剂催化剂法法国国煤煤气气综综合合发发展展公公司司(GI)甲烷化工艺甲烷化工艺反反应应压压力力为为2.5MPa，该该工工艺艺具具有有效效率率高高、能能耗耗低低、流流程程简简单单、投投资资省省、运运行行成成本本低低等等优优点。点。美美国国煤煤气气研研究究院院(GRI)耐耐硫硫甲甲烷烷化化催催化化剂剂，其其操操作作条条件件为为：常常压压至至6.8MPa，240649，H2/CO比比可可从从3 1变变化化到到0.4 1，硫硫含含量量可达可达1%，寿命在，寿命在1年以上。年以上。北北京京煤煤化化学学研研究究所所两两段段炉炉水水煤煤气气常常压压甲甲烷烷化化(逄逄进和张文辉进和张文辉)。采用四段绝热床一次通过，设采用四段绝热床一次通过，设备简单、投资省、操作容易、备简单、投资省、操作容易、开停车方便，产品富甲烷气符开停车方便，产品富甲烷气符合城市煤气质量标准。合城市煤气质量标准。活活性性高高，耐耐热热性性能能好好，起起活活温温度度低低，经经过过1000h寿寿命命试试验验，活活性性基基本本无无变变化化，使使用用寿寿命命可可达达一一年年，但催化剂不耐硫。但催化剂不耐硫。中中 科科 院院 大大 连连 化化 物物 所所M34822A型型常常压压耐耐高高温温煤气直接甲烷化工艺煤气直接甲烷化工艺CO含含量量可可控控制制在在10%以以下下，达达到到了了城城市市煤煤气气的的质质量量要要求求，工艺脱硫剂成本较高。工艺脱硫剂成本较高。性性能能稳稳定定,活活性性、选选择择性性高高，甲甲烷烷选选择择性性在在6070%，抗抗积积炭炭良良好好，催催化化剂剂寿寿命命0.51年年，但但催催化化剂剂不不耐硫。耐硫。西北化工研究院甲烷化西北化工研究院甲烷化技术技术多段固定床甲烷化，建成北京多段固定床甲烷化，建成北京顺义顺义10万万m3/d煤气甲烷化项煤气甲烷化项目。目。JRE型型耐耐高高温温煤煤气气甲甲烷烷化化催催化化剂剂，催化剂耐硫。催化剂耐硫。小小 结结v煤煤基基甲甲烷烷化化已已成成为为煤煤基基气气态态能能源源的的一一个个重重要要发发展展方方向向，是是我我国国解解决决能能源源结结构构产产品品单单一一、发发展展煤煤的的高高效效洁洁净净利利用用的的一一条新途径。条新途径。v煤煤间间接接甲甲烷烷化化技技术术在在国国内内外外已已成成功功应应用用，以以及及以以煤煤为为原原料料一一步步法法生生产产甲甲烷烷的的技技术术虽虽在在国国外外已已有有报报道道，但但在在国国内内仍仍处处于于起起步步阶阶段段，是是以以后后我我国国发发展展的的重重点点方方向向，催催化化剂剂的的研研制制是关键。是关键。v至至今今世世界界上上煤煤制制天天然然气气领领域域技技术术最最成成熟熟、应应用用业业绩绩最最多多的的仍仍然然是是鲁鲁奇奇固固定定床床煤煤气气化化技技术术。华华银银电电力力煤煤制制天天然然气气项项目目将将采采用用巨巨点点能能源源公公司司一一步步法法煤煤制制天天然然气气技技术术，开开拓拓煤煤炭炭清清洁洁利利用用的的新新领领域域，为为优优化化我我国国能能源源结结构构发发挥挥积积极极和和示示范范作作用。用。