傳統(tǒng)的煤制天然氣技術(shù)是以煤炭為原料,氣化生產(chǎn)合成氣,經(jīng)凈化和轉(zhuǎn)化以后,在催化劑的作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng),生產(chǎn)熱值符合規(guī)定的替代天然氣(Substitute Natural Gas),也被稱(chēng)為煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)。此技術(shù)需要的設(shè)備較多,投資較高,但技術(shù)非常成熟,甲烷轉(zhuǎn)化率高,技術(shù)復(fù)雜度略低,因此應(yīng)用更加廣泛,是煤制天然氣中的主流工藝。煤制天然氣與煤制其他能源產(chǎn)品相比,能量效率高,單位熱值水耗低。
從工藝技術(shù)和加工過(guò)程可分為“一步法”和“兩步法”兩種。
(1)“一步法”煤制天然氣技術(shù)
“一步法”煤制天然氣技術(shù)就是以煤為原料直接合成甲烷,從而得到煤制天然氣的方法,又稱(chēng)“藍(lán)氣技術(shù)”。該技術(shù)是將煤粉和催化劑充分混合后送人反應(yīng)器,與水蒸氣在一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生氣化和甲烷化反應(yīng),氣化反應(yīng)所需的熱量剛好由甲烷化反應(yīng)所放出的熱量提供。反應(yīng)生成的CH4和CO2混合氣從頂部離開(kāi)反應(yīng)器進(jìn)入一個(gè)旋風(fēng)分離器,分離出混合氣中夾帶的固體顆粒,然后進(jìn)入一個(gè)氣體凈化器,脫除其中的硫,最后分離出CO2得到煤制合成天然氣(SNG)。煤灰由反應(yīng)器下部流出,在一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)備中和催化劑進(jìn)行分離,分離的催化劑返回煤倉(cāng)繼續(xù)循環(huán)使用。
藍(lán)氣技術(shù)的特點(diǎn)是在一個(gè)反應(yīng)器中催化3種反映:氣化反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)、甲烷化反應(yīng),難點(diǎn)是催化劑的分離。
(2)“兩步法”煤制天然氣技術(shù)
“二步法”是先將煤轉(zhuǎn)化成合成氣(H2和CO),然后再進(jìn)行甲烷化得到SNG的方法。從煤轉(zhuǎn)化為SNG需要經(jīng)歷幾個(gè)步驟:
①氣化:在一定壓力(3~4 MPa)和溫度(1000~1300℃)下,煤與氧氣和過(guò)熱水蒸氣的混合物發(fā)生氣化反應(yīng)生成富含H2和CO的煤氣。
②變換冷卻:煤氣通過(guò)部分變換反應(yīng)將H2和CO體積比調(diào)整為3:l。所用催化劑為耐硫的鈷鉬催化劑,操作溫度為200~500℃。然后再將高溫變換氣冷卻至約40℃。
③凈化(低溫甲醇洗):在-17~40℃下,利用甲醇對(duì)H2S和CO2優(yōu)良的吸收性能,脫除變換氣中的H2S和CO2,得到凈化氣。H2S可以通過(guò)克勞斯反應(yīng)轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。
④甲烷合成:在一定溫度(250~675℃)、壓力(2.3~3.2MPa)和鎳基催化劑存下,碳氧化物(CO+ CO2)與H2在甲烷化反應(yīng)器中生成甲烷合成反應(yīng),得到SNG。
⑤干燥壓縮:出甲烷化裝置的SNG通過(guò)干燥(三甘醇脫水撬),脫水至適當(dāng)露點(diǎn)溫度(取決于冬季最低溫度),再壓縮達(dá)到管線(xiàn)所要求的壓力。
另外,通過(guò)煤氣水分離,分離出煤氣水中焦油和中油,利用酚氨回收裝置回收絕大部分的粗酚和氨,得到了高附加值的產(chǎn)品,降低廢水處理難度。
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