焦?fàn)t煤氣甲烷化合成天然氣工藝技術(shù)

利用焦?fàn)t煤氣制合成天然氣SNG、壓縮天然氣CNG和液化天然氣LNG是焦?fàn)t煤氣利用的一個(gè)新領(lǐng)域。討論了利用焦?fàn)t煤氣甲烷化制液化天然氣LNG的工藝流程，并經(jīng)行了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，焦?fàn)t煤氣甲烷化后制液化天然氣工藝，結(jié)合天禹智控的煤氣分析系統(tǒng)及焦?fàn)t煤氣工藝行業(yè)氣體解決方案，利用率更高，環(huán)保效果更佳，且經(jīng)濟(jì)效益更優(yōu)。 天然氣是一種十分清潔的一次能源，但是目前天然氣消費(fèi)量占我國(guó)一次能源消費(fèi)比例只有3~4%,所占比例遠(yuǎn)低于世界平均水平（25%），也低于亞洲平均水平（8.8%）。提高天然氣的再一次能源消費(fèi)中占得比例，有助于我國(guó)環(huán)境保護(hù)。 同時(shí)，我國(guó)天然氣市場(chǎng)處于快速發(fā)展期。國(guó)家發(fā)改委能源局油氣處預(yù)測(cè)在2016~2010年，天然氣需求增速將保持在年平均8%左右，且到2020年天然氣需求量可望超過(guò)3000億Nm3，市場(chǎng)缺口將達(dá)到900億Nm3。并且，我國(guó)天然氣價(jià)格也處于上升期。按熱值當(dāng)量測(cè)算，國(guó)內(nèi)天然氣**價(jià)格與**價(jià)格比在0.24~0.4:1，而發(fā)達(dá)國(guó)家天然氣與**比價(jià)通常在0.6:1，有50%以上的上調(diào)空間。 與此同時(shí)，我國(guó)焦化企業(yè)在生產(chǎn)焦炭的同時(shí)副產(chǎn)大量的焦?fàn)t煤氣，除回爐加熱自用及民用（作為城市煤氣）、生產(chǎn)合成氨或甲醇外，每年富裕的焦?fàn)t煤氣約200億Nm3，熱值超過(guò)“西氣東輸”一期工程。富裕的焦?fàn)t煤氣燃燒排放或直接排放，既造成巨大的資源浪費(fèi)，又造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)合成天然氣（SNG）,進(jìn)而生產(chǎn)壓縮天然氣（CNG）或液化天然氣（LNG），可開(kāi)辟新的清潔能源來(lái)源，同時(shí)將產(chǎn)生較明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會(huì)效益，對(duì)促進(jìn)焦化與能源行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。 1.原理及工藝流程 1.1焦?fàn)t煤氣制合成天然氣原理 由于焦?fàn)t煤氣中CO荷CO2的總含量約為10%（v/v），多碳烴的含量為2~3%，以及約55%（v/v）的H2，所以可以利用甲烷化反應(yīng)生成甲烷，主反應(yīng)見(jiàn)反應(yīng)式（1）和（2）： 焦?fàn)t煤氣中還有少量O2，可與氫氣反應(yīng)生成水，見(jiàn)反應(yīng)式（3） 從反應(yīng)式（1）（2）和（3）可知，這三個(gè)反應(yīng)都是很強(qiáng)的放熱反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)熱可使甲烷化爐的溫度升高到650℃左右。這不僅使催化劑由于多碳烴裂解而結(jié)碳，還可能容易使不耐高溫的甲烷化催化劑燒結(jié)而失活。 1.2焦?fàn)t煤氣甲烷化制液化天然氣LNG的工藝流程 甲烷化合成LNG主要含有三大工藝流程，凈化分離、甲烷化和深冷液化，其中甲烷化過(guò)程是技術(shù)的關(guān)鍵。 焦?fàn)t煤氣制LNG工藝流程 1、 凈化分離 主要采用干法和濕法，取出硫銨**、焦油、精脫硫，獲得下一步化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化原料。凈化分離包括原料氣壓縮、預(yù)處理、二次升壓、有機(jī)硫水解、精脫硫等幾個(gè)工序。焦?fàn)t煤氣中含有焦油、苯、不飽和烯烴以及硫等雜質(zhì)，焦?fàn)t煤氣中的不飽和烯烴會(huì)在后續(xù)的焦?fàn)t煤氣甲烷化反應(yīng)中分解析碳而影響催化劑活性，由是無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫組成的混合硫化物也是甲烷化催化劑的毒物，會(huì)導(dǎo)致甲烷化催化劑**性中毒失去活性，因此必須在凈化分離階段嚴(yán)格控制、脫除徹底。經(jīng)過(guò)精脫硫之后焦?fàn)t煤氣中混合硫的含量將被脫除至0.1ppm。 2、甲烷化 通過(guò)co和二氧化碳與氫氣的化學(xué)反應(yīng)得到CH4。甲烷化的過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)放熱的過(guò)程，反應(yīng)溫度為250℃-600℃，因此過(guò)程中控制反應(yīng)溫度和回收反應(yīng)熱量是整個(gè)工序的關(guān)鍵，否則容易引發(fā)**等安全事故。同時(shí)，甲烷化過(guò)程中的催化劑至關(guān)重要，一方面催化劑的優(yōu)劣關(guān)系到轉(zhuǎn)換率高低，影響甲烷產(chǎn)量；另一方面高溫環(huán)境對(duì)甲烷的耐熱性能提出了較高的要求。目前甲烷化技術(shù)國(guó)外代表性的工藝技術(shù)有丹麥托普索甲烷化、英國(guó)戴維甲烷化。國(guó)內(nèi)方面開(kāi)展工作的有西南化工設(shè)計(jì)院、大連凱特利催化劑工程有限公司、新地能源工程技術(shù)有限公司、武漢科林精細(xì)化工有限公司、上海華西化工科技有限公司等。 3、深冷液化 深冷液化工序需要根據(jù)焦?fàn)t煤氣的處理量來(lái)決定深冷液化工序的選擇類(lèi)型，對(duì)于較大規(guī)模的焦化廠，可采用混合制冷工藝MRC。得到的液化天然氣中主要是CH4和N2，且CH4含量大于96%。把氣體深冷至-162度，壓縮625倍，獲得液態(tài)天然氣（LNG），技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單和成熟。 1.3經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 以一個(gè)年產(chǎn)100萬(wàn)噸焦炭的焦化企業(yè)為例，除自用外，富于焦?fàn)t煤氣量約為2.5X104Nm3/h。若利用該甲烷化技術(shù)制合成天然氣，則可以得到合成天然氣SNG或壓縮天然氣CNG為10733Nm3/h，或液化天然氣9000Nm3/h。以焦?fàn)t煤氣價(jià)格為0.3元/Nm3計(jì)算，電為0.5元/Kwh，則合成天然氣的生產(chǎn)成本約為1.23元/Nm3，淵藪天然氣的生產(chǎn)成本約為1.32元/Nm3，液化天然氣的生產(chǎn)成本約為1.69元/Nm3.若按照天然氣售價(jià)為1.8元/Nm3，壓縮天然氣售價(jià)為2.5元/Nm3，液化天然氣售價(jià)為3.0元/Nm3，則年銷(xiāo)售毛利分別為4894萬(wàn)元、10131萬(wàn)元和9431萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益良好。 1.4焦?fàn)t煤氣甲烷化合成LNG工藝過(guò)程氣體解決方案 天禹智控根據(jù)焦?fàn)t煤氣甲烷化合成LNG工序，再結(jié)合國(guó)內(nèi)先進(jìn)的氣體分析技術(shù)，開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焦?fàn)t煤氣制合成天然氣工藝過(guò)程氣體分析系統(tǒng)及煤氣分析儀來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工藝過(guò)程中氣體的含量進(jìn)而優(yōu)化及控制工藝，以達(dá)到制天然氣工藝*優(yōu)輸出 。目前，因天禹智控氣體分析儀精度高、穩(wěn)定性好等過(guò)硬的品質(zhì)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理性，得到了廣大用戶(hù)的一致好評(píng)，且綜合性能能夠滿(mǎn)足工業(yè)化應(yīng)用。 1.5結(jié)論 焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)壓縮，TAS脫除萘苯等，再加氫轉(zhuǎn)化粗脫硫，精脫硫后使總硫含量降低到0.1ppm，然后利用甲烷化技術(shù)和分離技術(shù)，可以得到合成天然氣SNG和液化天然氣LNG。該合成天然氣完全符合國(guó)家規(guī)定的管道天然氣的標(biāo)準(zhǔn)GB17820-1999，且部分?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于該標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合武漢天禹智控對(duì)焦?fàn)t煤氣制合成天然氣工藝的研究與煤氣氣體分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，說(shuō)明使用煤氣分析系統(tǒng)可以比較*大化的把煤氣轉(zhuǎn)化為合成天然氣，不僅原料的能量利用率比較高，而且工藝流程簡(jiǎn)單，**較小，經(jīng)濟(jì)效益較好。

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