煤制天然气-甲烷化ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,煤制天然气,甲烷化,Sasol,Stand on the shoulders of giants,站在巨人的肩膀上,2,主要内容,煤化工,甲烷化,天然气的压缩与干燥,催化,3,一,.,煤化工,直接利用,类型煤阶,煤,煤浆型煤,炭材料,煤填充高分子复合材料,直接液化,重 整,油 品,气 化,焦 炉 气,焦油,焦炭,焦 化,脱硫净化,燃 烧,合成气,甲 醇,电力和蒸汽,FT,合成,醋 酸,油 品,城市煤气,二甲醚,合成氨尿素,焦油加工,乙炔,聚氯乙烯,性质,等离子,电力和蒸汽,IGCC,MTO/MTP,DME,4,煤化工,发展方向,5,煤化工,清洁能源,6,二,.,甲烷化工艺,甲烷化催化剂和工艺起源于,1902,，初期用于脱除合成气中残留的少量碳氧化合物（,CO,和,CO,2,),，用于制氢工艺,合成氨；,煤气（高,CO,含量）甲烷化开始于,40,年代，真正发展于,70,年代（石油危机）；,标志性示范装置：美国大平原厂，总投资,21.13,亿美元，采用鲁奇固定床干法排灰煤气化生产的煤气净化后经甲烷化合成天然气的大型商业化工厂年产,14.4,亿,Nm,3,天然气,国际发展是以制取代用天然气为目的，国内是为提高煤气的热值为主,7,甲烷化,气化和生物质气获得氢与一氧化碳或二氧化碳经催化反应以获得甲烷的过程,.,Steam Methane Reforming,CO+3H,2,=CH,4,+H,2,O+Q,基本原理：,定义,：,CO,2,+4H,2,=CH,4,+2H,2,O+Q,H,2,:74%,CO:22%,CO,2,:2-3%,其他：,Ar+N,2,进料组成：,8,甲烷化反应特点,平衡常数很大，在通常使用催化剂的活性温度范围内，平衡不是限制因素；,强放热反应。每转化,1%CO,可使气体温升,71,，每转化,1%CO2,可使气体温升,61,；,甲烷化反应是,F-T,法合成烃类的一种特殊案例。甲烷化相当于燃料的一转化过程，经甲烷化反应后可提升气体燃料能量密度；,工业化面临的技术难题,1.,强放热反应，可引起催化剂床层剧烈升温，使催化剂烧结失活；,2.,气体中氢,/,碳比偏小，增加了析碳的可能，是催化剂积碳失活；,3.,气体中毒物可使催化剂中毒失活；,9,精脱硫,H,2,S,+ZnO,=ZnS,+H,2,O,第一硫吸收塔：,COS,+H,2,O,=H,2,S,+CO,2,C,2,H,4,+H,2,=C,2,H,6,第二硫吸收塔：,烃,(,零,),氧,(,零,),总硫（,0.1ppm),COS(20 ppb),H,2,S(80 ppb),O,2,+2H,2,=2H,2,O,10,甲烷化技术状况,甲烷化技术供应商主要有：丹麦,topse,，英国,Davy,和德国,Lurgi,。,（,1,）丹麦托普索公司,TREMP,甲烷化工艺,开发的甲烷化循环工艺技术（,TREMP,），已在不同规模装置中进行了验证，在工业状态下可生产,2003000m,3,/h,的代用天然气产品；,托普索甲烷化催化剂,MCR-2X,，可在宽温区（,250,700,）范围内保持稳定的活性，并已在,Topsoe,中试和德国中试装置中均进行测试，最长稳定运行,10000h,，证明该催化剂具有优越的稳定性；,整个甲烷化装置设置,4,段（根据出口,CO,浓度要求，可调整反应器数量）甲烷化绝热反应器，每个反应器出口设置高压废锅，可利用过热器将蒸汽过热后送管网，利用部分气体循环控制反应器温度,但是高压废锅投资较高，制造难度较大；,利用其催化剂可在高温下反应的性能，也可以降低循环气量，减少压缩能耗。,11,托普索,TREMP,工艺的特点如下：,单线生产能力大，根据煤气化工艺不同，单线能力在,10,20,万,Nm,3,/h,天然气之间。,MCR-2X,催化剂活性好，转化率高，副产物少，消耗量低。,MCR-2X,催化剂在,250,700,温度范围内都具有很高且稳定的活性。催化剂允许的温升越高，循环比就越低，设备尺寸和压缩机能力就越小，能耗就越低。托普索,TREMPTM,工艺循环气量是其他工艺的十分之一。,MCR-2X,催化剂在高压情况下可以避免羰基形成，保持高活性、寿命长。,可以产出高压过热蒸汽（,8.6,12.0MPa,，,535,），用于驱动大型压缩机，每千,Nm,3,天然气副产,3.5,吨高压过热蒸汽，能量利用效率高。,甲烷化技术状况,12,冷却水消耗量较低（每生产,1Nm,3,产品气，冷却水消耗低于,1.8kg,）；,高品质的替代天然气，甲烷含量可达,94,96%,，高位热值达,8900,9100 kcal/Nm,3,，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；,现有新疆庆华和内蒙汇能,SNG,工厂采用托普索,TREMPTM,甲烷化技术。,甲烷化技术状况,13,（,2,）英国,Davy,公司的,CRG,甲烷化工艺：,CRG,技术最初是由英国燃气公司,(BG,公司,),在,60,年代末期和,70,年代初开发的，是将容易获取的液体馏分作为原料来生产低热值城市煤气的工艺流程中的一部分。原料石脑油和蒸汽经过绝热的,CRG,催化剂床层，石脑油在低温下进行转化而生产出富含甲烷的气体。为了弥补天然气来源的不足，采用,CRG,技术在整个英国建造了许多的,SNG,装置。,从,70,年代末期和,80,年代初期起，,BG,公司将其研发的注意力转到煤气化上，并开发出了成渣气化炉（,BGL,炉），作为其开发的一部分，,BG,公司开发了使用,CRG,催化剂的工艺，来将出煤气化炉的富氢和一氧化碳的气体进行大量甲烷化。,建于美国大平原的,Dakota,装置使用了与,BG,公司开发的工艺相类似的工艺，并且,CRG,催化剂已在该装置上成功地使用了很多年，充分证明了,CRG,催化剂在商业化规模的煤制,SNG,装置上的适用性。,甲烷化技术状况,14,Davy,甲烷化工艺技术的特点如下：,CRG-LH,催化剂已经经过工业化验证，拥有美国大平原等多项业绩。,CRG-LH,催化剂具有变换功能，合成气不需要调节,H/C,比，转化率高。,CRG-LH,催化剂使用温度范围很宽，在,230,700,温度范围内都具有很高且稳定的活性。,可以产出高压过热蒸气（,8.6,12.0MPa,，,535,），用于驱动大型压缩机，能量利用效率高。,高品质的替代天然气，甲烷含量可达,94,96%,，高位热值达,8900,9100 kcal/Nm3,，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。,甲烷化压力可以高达,3,6.0MPa,，可以减少设备尺寸。,甲烷化技术状况,15,甲烷化技术状况,（,3,）德国,Lurgi,公司的甲烷化工艺：,鲁奇和南非沙索公司在南非,F-T,煤制油工厂旁建了一套工业化煤制天然气试验装置；,和奥地利艾尔帕索天然气公司在奥地利维也纳石油化工厂建设了另一套工业化的天然气试验装置，两套装置都进行了较长时间的运作；,美国大平原煤气化制合成天然气厂使用的就是鲁奇公司甲烷化技术。主要通过产中压饱和蒸汽和预热原料气回收甲烷化反应产生的热量。最初采用,BASF,公司的催化剂，后来改用,Davy,公司的催化剂。甲烷化反应温度较低，高温反应器出口温度为,400,多度。目前鲁奇公司正在为位于美国,Mount,Vernor,的一家公司做甲烷化的概念设计，该装置副产,6.1MPa,的过热蒸汽。,16,甲烷化流程,第一脱硫塔,第二脱硫塔,汽包,第一甲烷化反应器,第二甲烷化反应器,第五甲烷化反应器,气液分离器,高压废锅,SUP.HEAT MP STEAM,SYNGAS,SNG,37,134,460,136,160,220,255,278,675,320,242,295,262,675,330,270,536,300,390,319,163,240,300,40,70,98%,93.3%,88.27%,55.7%,50.7%,41.82%,27.9%,26.5%,40.1%,排污去闪蒸,17,甲烷化开车,Start-up,开车分离器,开车压缩机,N,2,气开车加热器,开车变压吸附,H,2,N,2,SYNGAS,Start-up,circuit,NiO+H,2,Ni+H,2,O H=1,96 kJ/mol,18,甲烷化停车,催化剂钝化,蒸汽钝化催化剂,:,反应床层的温度控制在,250450,，用蒸汽处理催化剂,78 h,，由于催化剂在没有,H,2,的情况下，其表面会缓慢的被氧化（催化剂在,H,2,还原下很容易再生），进过钝化后才可停车卸载催化剂。,干法钝化催化剂,:,用惰性气体吹扫反应器并升温至,200,；,向反应器中引入,1 vol.%,的空气，对应的氧气含量为,0.2 vol.%,，床层温度会提高,30,，之后氧气的溶度逐步上升至,0.5 vol.%,（,80,），,1.0 vol.%,（,160,）；,当氧进过催化剂床层后浓度不在变化，催化剂的床层温度保持不变，表示钝化可以结束，之后可以用空气对反应器进行降温，整个过程大概需要,40 h,。,19,甲烷化设备列表,第一硫吸收塔,第二硫吸收塔,第一甲烷化反应器,第二甲烷化反应器,第一补充甲烷化反应器,第二补充甲烷化反应器,汽包,进气预热器,第一甲烷化反应器锅炉,第二甲烷化反应器锅炉,蒸汽过热器,第二补充甲烷化换热器,循环换热器,SNG,冷却器,开车压缩机,循环压缩机,汽液分离罐,排污罐,20,甲烷化设备,硫吸收塔,催化剂装填,HTZ-5/ST-101,DAVY,Puraspec 2040,Topsoe,21,甲烷化设备,进气,热电偶,分布器,热电偶,热电偶,手孔,手孔,手孔,GCC-2,MCR-2X,耐火衬里,Topsoe,温度压力控制,DAVY,CRG-S2S,甲烷化主反应器,催化剂装填,22,甲烷化设备,汽包,23,三,.,天然气压缩与干燥,压缩与干燥的目的：,甲烷合成装置出口压力为,2.76MPa,，温度为,40,，含水量为,760.7Nm,3,/h(,年产,20,亿标立天然气）,管道中的天然气压力为,12.9MPa,，,首站接气为,40,含饱和水的天然气，所以需要对天然气进行压缩和干燥，之后送往输气管道。,24,天然气压缩,压缩机常用的种类有往复式和离心式两种；,往复式压缩机一般运用于小流量、高压比的工况；,离心式压缩机一般运用于大流量、压比较小，大功率的工况；,本项目为天然气长输管道，输气量大，工况复杂，要求压缩机具有较强的适用 性、易损件少、维修量小、运转周期长的特点，根据,输气管道工程设计规范,（,GB50251-2003,）“压气站宜采用离心式压缩机”的要求,（,1,）压缩机,离心式压缩机的主要驱动机有电动机、蒸汽透平等。,采用蒸汽透平驱动最大的优点是可以采用蒸汽作为能源，其运行成本低。采用 透平驱动，不需要另外增加调速系统或机械调速器，可以通过自身调速器进行调速 以满足压缩机各种工况运行的要求。其缺点启动较慢。,化工区有高压的动力蒸汽,（,2,）驱动机,25,天然气干燥,工艺技术选择,目前国内外较为成熟的脱水方法，主要工艺有冷冻分离工艺、固体吸收工艺和三甘醇脱水工艺。,（,1,）冷冻分离工艺,是利用温度变化，使天然气中饱和水蒸汽从气相中冷凝下来的方法。常见有两种方法：节流膨胀冷却法与外部冷却法。,节流膨胀冷却脱水法一般用于高压天然气气田，高压天然气经过节流膨胀降温，把天然气中的一部分水冷凝下来。这种方法经济，但应控制天然气降压后仍高于输送压力，同时不使温度降得太低，防止冷凝水结冰，但是不好控制，而本项目是通过合成生产的天然气，采用此工艺不合适。,26,天然气干燥,（,2,）三甘醇脱水,TEG,工艺,三甘醇脱水工艺主要由甘醇吸收和再生两部份组成。含水天然气进入吸收塔。在吸收塔内原料气自下而上流经塔板；与自塔顶向下流的贫甘醇液逆流接触吸收天然气中的水汽。经脱水后的天然气丛塔顶流出。吸收了水份的三甘醇富液自塔底流出，与再生后的贫甘醇液换热，再经