煤制天然氣-氣化-甲烷化技術(shù)

1、煤制天然氣氣化技術(shù)甲烷化技術(shù)SasolStand on the shoulders of giants站在巨人的肩膀上1交流內(nèi)容 BGL氣化 煤化工 甲烷化 天然氣的壓縮與干燥 催化2Copyright 2007 Advantica Inc. (USA Only) and Advantica Ltd. (Outside USA). All rights reserved by the respective owner.BGL煤氣化技術(shù)傅斌Advantica公司中國區(qū)經(jīng)理、首席代表北京，2007年3月27日3BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL氣化技術(shù)與其他氣化技

2、術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL氣化技術(shù)的應用4BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL氣化技術(shù)的應用5British Gas plcBritish Gas R&DBG Technology Ltd.科技開發(fā)部National Grid plcAdvantica Ltd.全資子公司大型跨國能源輸配公司英國大型天然氣生產(chǎn)與輸配公司6_=d K大型國有公用企業(yè)煤氣生產(chǎn)運營長輸和城市供氣管網(wǎng)煤氣和煤氣具銷售技術(shù)開發(fā)和推廣_=d=oCa（RMTM）_=d=

3、大型跨國天然氣公司天然氣勘探開采天然氣凈化處理生產(chǎn)替代天然氣運營壓縮和液化氣儲氣庫運營長輸和城市供氣管網(wǎng)天然氣銷售技術(shù)開發(fā)和推廣_d=q（UMVM）k=d=大型跨國能源輸送公司建設(shè)液化天然氣接收站運營壓縮和液化氣儲氣庫運營長輸和城市供氣管網(wǎng)運營輸電網(wǎng)技術(shù)開發(fā)、轉(zhuǎn)讓和服務(wù)（=OMMN）7Advantica公司在煤/石油化工領(lǐng)域的技術(shù)煤氣化技術(shù)：BGL碎煤熔渣氣化工藝與氣化爐技術(shù)應用于英國Westfield,德國Schwarze Pumpe (SVZ)技術(shù)由英國Advantica公司和德國Envirotherm公司(原魯齊公司的一個業(yè)務(wù)單位）按比例共同擁有由 Advantica 公司提供工藝技術(shù)和

4、許可證德國 Envirotherm 公司可提供工程設(shè)計催化劑：CRG F/LH化工預轉(zhuǎn)化、制煤氣和替代天然氣等的催化劑在全世界130個石化/化工工廠和煤氣廠使用專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓給英國 Johnson Matthey 公司由 Johnson Matthey 生產(chǎn)和銷售催化劑直接甲烷化工藝：HICOM針對熔渣氣化和流化床氣化技術(shù)開發(fā)，直接甲烷化生產(chǎn)SNG專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓給英國 Davy 工藝技術(shù)公司（DPT）由 DPT 公司提供工藝技術(shù)與工程設(shè)計8BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL氣化技

5、術(shù)的應用9BGLBritish Gas - Lurgi70s-90s 英國燃氣科技部（現(xiàn)名Advantica公司）在德國魯奇移動床加壓氣化技術(shù)基礎(chǔ)上，在魯奇公司的協(xié)助下，在英美政府和歐盟部分資助下，耗資3.5億英鎊，開發(fā)的新一代煤氣化技術(shù)10BGL塊/碎煤熔渣氣化爐氣化反應過程1100C2000C500C1000C1700C干燥區(qū)干餾區(qū)氣化區(qū)燃燒區(qū)熔融態(tài)渣激冷后玻璃狀態(tài)渣水蒸汽氧氣C + O2CO2C + H2OCO + H2C + CO22CO塊煤（型煤）、粉煤、助熔劑粗氣11壓氣化技術(shù)中的BGL塊/碎煤熔渣氣化爐1100C2000C500C1000C1700C燃燒區(qū)熔融態(tài)渣激冷后玻璃狀態(tài)渣

6、水蒸汽氧氣C + O2CO2C + H2OC + CO2CO + H22CO塊煤（型煤）、粉煤、助熔劑粗氣干燥區(qū)魯齊移動床加干餾區(qū)“移動床”氣化區(qū)12BGL塊/碎煤熔渣氣化爐1100C2000C500C1000C1700C干燥區(qū)干餾區(qū)燃燒區(qū)熔融態(tài)渣激冷后玻璃狀態(tài)渣水蒸汽氧氣C + O2CO2C + H2OCO + H2C + CO22CO塊煤（型煤）、粉煤、助熔劑粗氣氣化區(qū)高溫熔渣氣化技術(shù)13BGL塊/碎煤熔渣氣化技術(shù)備煤篩選，預制型煤，配助熔劑制氧空分機預制蒸汽冷卻循環(huán)用水爐體和部件循環(huán)冷卻水，熔渣激冷循環(huán)用水，補充水產(chǎn)品氣經(jīng)洗滌冷卻，脫硫凈化獲得一氧化碳（約59%）氫氣（約30%）甲烷（約

7、6%）及少量二氧化碳、氮氣等（約5%）焦油（副產(chǎn)品）經(jīng)重力分離獲得焦油副產(chǎn)品苯酚（副產(chǎn)品）氣化廢水經(jīng)萃取脫酚和蒸氨脫氨后回收副產(chǎn)品苯酚水（回收）氣化廢水經(jīng)脫酚脫氨和生物氧化池、活性炭凈化后回收或排放渣（副產(chǎn)品）激冷后形成的不析水固態(tài)渣，可用作建筑和筑路材料或回填14BGL塊/碎煤熔渣氣化技術(shù)在魯齊加壓氣化爐（Mark-II, III, IV) 技術(shù)基礎(chǔ)上大幅度提高生產(chǎn)率大規(guī)模生產(chǎn)替代天然氣、合成氣大幅度減少固、液、氣態(tài)排放70年代小規(guī)模試驗（英國燃氣米德蘭研究所）80年代中試與工業(yè)化示范（英國燃氣西田煤氣廠）90年代末工業(yè)化應用（德國黑水泵廠）魯齊爐移動床氣化技術(shù)成熟、煤種適應性強、大規(guī)模應用

8、于工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)驗熔渣氣化技術(shù)氣化效率高，氣化強度高結(jié)合魯齊加壓氣化技術(shù)和熔渣氣化技術(shù)的優(yōu)勢15BGL塊/碎煤熔渣氣化技術(shù)的特點爐體：結(jié)構(gòu)簡單常規(guī)壓力容器材料常規(guī)耐高溫爐襯循環(huán)水冷卻噴嘴設(shè)計（專有技術(shù)）熔渣池設(shè)計（專有技術(shù)）間歇排渣系統(tǒng)設(shè)計（專有技術(shù)）投料：塊煤/型煤 + （助熔劑）650 mm 塊煤和機械型煤適量粉煤也可通過噴嘴噴入水煤漿或?qū)⒔褂椭匦職饣淤|(zhì)煤和粉煤可沖壓制成型煤氣化劑：氧氣 + 水蒸汽氣化溫度提高 14001600 oC氧氣消耗與魯奇爐相當，大大低于流化床氣化爐蒸汽用量較魯奇爐大幅度減少（超過75）水蒸氣分解率超過90%16BGL塊/碎煤熔渣氣化技術(shù)的特點氣化能力：氣化反應

9、速度快，氣化強度高，生產(chǎn)能力較同內(nèi)徑魯齊爐提高23倍除產(chǎn)出少量甲烷外，粗氣組分（H2+CO）與產(chǎn)氣量與流化床氣化產(chǎn)出粗氣接近碳轉(zhuǎn)化率超過99.5氣化效率和系統(tǒng)熱效率均明顯提高排放：對環(huán)境的影響大幅度改善焦油量減少，可循環(huán)進入氣化或回收副產(chǎn)品苯酚濃度高，裝置規(guī)模較小，易于高效萃取，回收成本低，有較高經(jīng)濟效益廢水水量小，裝置規(guī)模較小，加上深度處理裝置后投資仍較低，廢水凈化后可循環(huán)使用（零排放）熔渣玻璃狀、無污染、幾乎不含碳，可用作鋪路或建材17組分各組分體積百分比%氫氣H230.8一氧化碳CO57.2甲烷CH46.2二氧化碳CO24.9其他烴類組分CHmn0.4不可燃燒氣體組分0.5BGL塊/碎煤

10、熔渣氣化爐典型產(chǎn)品氣組分18粗氣(30 C35 C)煤氣化工藝流程350C to650CTar Separator110C170C140C60CAqueous liquor totreatment and disposal（廢水總量理論上為氣化爐出口總含水量）氣化廢水儲存裝置LiquorStorage剩余氣化廢水送去凈化處理油分離裝置Oil Separator焦排出后可重新注入氣化爐氣化，或加工成副產(chǎn)品Tar to recycle orexport油排出后可重新注入氣化爐氣化，或加工成副產(chǎn)品Oil to recycle orexport熔渣30oC排出到儲存處（熔渣可用作筑路、建筑材料，或堆埋

11、）Slag, 30C to storageand disposal循環(huán)使用氣化和洗滌冷卻水Wash CoolerLiquor Recycles激冷水注入Quench water激冷水收集后循環(huán)使用蒸汽和氧氣通過數(shù)個噴嘴注入氣化爐Steam and Oxygento Tuyeres氣化爐GasifierQuench熔渣激冷室渣鎖 Slag Lock回收后的焦、油和其他碳化物注入氣化爐Tar, oil and charrecycleCoal Lock煤和助熔劑投料Coal and flux煤料斗Coal Bunkers煤鎖洗滌冷卻器Wash Cooler廢熱回收鍋爐WasteHeatBoiler預

12、冷器Pre Cooler第二級冷卻器After Cooler末級冷卻器Final Coolero o冷卻器Cooler焦分離裝置部分氣化廢水送回二級和末級冷卻器，做為冷卻用水噴灑Liquor spray toafter and finalcoolersBGL熔渣氣化爐粗氣冷卻、氣化廢水循環(huán)與收集流程簡圖BGL Gasifier Example of Cooling Train and Liquor Handling Arrangement19BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL

13、氣化技術(shù)的應用20英國西田煤氣化試驗廠（Westfield）2.7米BGL試驗爐試燒美國 Belle Ayr 次煙煤德國黑水泵煤氣化廠（Schwarze Pumpe）3.6米BGL爐（與3臺魯奇爐聯(lián)用），為甲醇和發(fā)電配套生產(chǎn)合成氣和燃料氣德國東部地區(qū)褐煤（含50%水份）采用發(fā)電廠廢熱蒸汽將煤粉干燥（含12-18%水份），沖壓制成型煤中國云南解化試驗爐現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)裝置中改造1臺魯奇爐為熔渣氣化爐直接試燒小龍?zhí)逗置海ê?5%水份,篩選煤塊）中國云南瑞氣甲醇/二甲醚廠BGL爐新項目，已開始工程設(shè)計小龍?zhí)逗置海ê?5%水份,篩選煤塊）直接投料將來擬改為型煤投料美國北達科他州某煤氣廠項目BGL爐新項目

14、，正在最后論證階段當?shù)睾置簹饣铺娲烊粴?SNG)與該州大平原煤氣廠（魯奇爐）類似的褐煤褐煤預制型煤生產(chǎn) 67,000,000 Nm3/d SNG（約7-9臺）21德國黑水泵廠將含水達50%的劣質(zhì)褐煤干燥（12-18%）后沖壓（無黏接劑高壓成型）成型煤氣化后排出的玻璃狀熔渣具有無滲濾性、幾乎不含碳、物理性能穩(wěn)定、無污染，可用于筑路或制建材或安全回填根據(jù)Sustec公司提供的資料22估算：某中國褐煤/某中國無煙煤23氣體組分某內(nèi)蒙古褐煤型煤某山西無煙煤氫氣29.9329.22一氧化碳54.3259.37甲烷5.483.60二氧化碳7.744.96氮氣1.472.08硫化氫、羥基硫0.180.3

15、7其他烴類化合物0.600.29氨、氰化氫0.280.11估算：某中國褐煤/某中國無煙煤24BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL氣化技術(shù)的應用25與其它熔渣氣化技術(shù)的比較白色：摘引自“大規(guī)模煤氣化技術(shù)”（許世森等，化學工業(yè)出版社 2006年）黃色：Advantica公司內(nèi)部資料26BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL氣化技術(shù)的應用27優(yōu)勢：節(jié)能、高效、可靠的技術(shù)

16、接合了成熟的移動床加壓氣化技術(shù)和高效的熔渣氣化技術(shù)的優(yōu)點碳轉(zhuǎn)化率99.5%，蒸汽轉(zhuǎn)化率90%，冷煤氣效率（89%）高于流化床氣化技術(shù)氧耗很低（1標方氧氣生產(chǎn)4.5-5標方合成氣）熱效率高于流化床氣化技術(shù)可獲得的總體工藝效率高于其他氣化技術(shù)經(jīng)過大量工業(yè)化應用驗證，技術(shù)可靠28優(yōu)勢：對環(huán)境友好的技術(shù)原料煤中的碳幾乎全部利用，無資源浪費90%的蒸汽氣化中分解，廢水量很少粗氣中的焦油分離后即可加工成副產(chǎn)品，也可注入氣化爐氣化廢水量小、濃度高，易于經(jīng)濟的萃取回收高價值副產(chǎn)品苯酚廢水處理裝置較小，廢水經(jīng)深度處理后可達標排放或回收使用氣化爐排渣無污染、物理性能穩(wěn)定，可回填，或作為副產(chǎn)品用于筑路29優(yōu)勢：低投

17、資、高性價比的技術(shù)空分、廢熱鍋爐規(guī)模大幅度減少，顯著節(jié)省工程投資氣化爐結(jié)構(gòu)簡潔，采用常規(guī)壓力容器材料，可就近加工制造，大幅度降低材料、制造、運輸和安裝成本主要設(shè)備均可國內(nèi)生產(chǎn)制造30優(yōu)勢：低運營成本的技術(shù)氣化裝置操作簡便可靠，負荷變化靈活和范圍大氣化工藝對煤參數(shù)變化不敏感氣化爐損耗件少，成本不高，易于維護和更換31優(yōu)勢：適用范圍廣的技術(shù)適用范圍從小型裝置到超大型規(guī)模均可操作簡便，運行可靠，對煤種變化適應性強對各類煙煤和焦炭作了大量工業(yè)規(guī)模試燒可通過添加助熔劑，氣化高灰熔點無煙煤和優(yōu)質(zhì)煙煤氣化時可投入適量粉煤，剩余粉煤可制成型煤劣質(zhì)褐煤可制成型煤后高效氣化云南煤化工集團試驗直接氣化高含水劣質(zhì)褐煤

18、32BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL氣化技術(shù)的應用33英國燃氣西田（Westfield）工業(yè)化試驗中心英國愛丁堡附近原生產(chǎn)城市煤氣34英國燃氣西田廠1.8米氣化爐1974年在原魯奇爐基礎(chǔ)上改建加耐火磚內(nèi)襯機械排灰系統(tǒng)更換成耐高溫渣池和排渣控制系統(tǒng)設(shè)計日投煤量300噸設(shè)計工作壓力25公斤該爐累計試燒10萬噸煤35英國燃氣西田廠2.3米氣化爐1983年在原魯奇2.7米爐基礎(chǔ)上改建加耐火磚內(nèi)襯機械排灰系統(tǒng)更換成耐高溫渣池和排渣控制系統(tǒng)使用單一組合的排氣、洗滌冷卻和廢熱回收裝置設(shè)計

19、日投煤量500噸 (是原魯奇爐日投煤量的兩倍）設(shè)計工作壓力25公斤爐體加長到20英尺同時建設(shè)日處理240噸水煤漿和型煤加工設(shè)施該爐累計試燒7萬5千噸煤36英國燃氣西田廠1.2米高壓氣化爐建于1991年爐內(nèi)徑1.2米設(shè)計日投煤量200噸設(shè)計工作壓力 25-70 公斤37對負荷變化的適應性在 30% 到 110% 負荷范圍內(nèi)穩(wěn)定操作快速開車和停車負荷增加速度可達每分鐘5%負荷減少速度可達每分鐘20%對投料煤質(zhì)量的變化反應較溫和38英國煤種Frances煤,Rossington煤,Gedling煤,Manton煤,Hucknall煤,Comrie煤,Killoch煤,Manvers煤,Markham

20、Main煤,Lynemouth煤,Rawdon煤,Coventry煤,Kellingley煤美國煤種匹茲堡8號煤,俄亥俄9號煤,伊利諾斯5號和6號煤,BelleAyr次煙煤其他煤種石油焦,冶金焦,粒型煤，煤球，粉煤,水煤漿英國燃氣西田廠BGL爐試燒煤種39IGCC應用（為 Rolls Royce SK30 燃氣輪機配套）40英國西田廠預制型煤中試裝置采用有粘結(jié)劑和無粘結(jié)劑成型41英國西田廠氣化廢水處理中試裝置生物氧化法活性炭法（深度處理）反滲透法（深度處理）42英國西田廠直接甲烷化中試裝置適用于BGL等熔渣氣化爐生產(chǎn)的高一氧化碳比合成氣的甲烷化處理用于生產(chǎn)替代天然氣較常規(guī)甲烷化工藝效率和熱效率

21、高（總熱效率超過70%）完成中試和工業(yè)化示范裝置試驗43直接甲烷化工藝氣化部分冷卻一氧化碳變換冷卻脫硫脫二氧化碳甲烷化粗氣間接甲烷化工藝氣化冷卻脫硫一氧化碳變換脫二氧化碳甲烷化凈化氣間接甲烷化工藝氣化冷卻脫硫甲烷化脫二氧化碳eflj直接甲烷化工藝44英國西田廠中試和工業(yè)示范裝置經(jīng)驗試燒采用工業(yè)化規(guī)模試驗爐（日投煤量300噸和500噸氣化爐）累計氣化超過180,000噸英國和美國各類煙煤、次煙煤和焦炭累計超過14,300小時操作經(jīng)驗最長連續(xù)開車試驗90天設(shè)計可放大到4米爐徑建立試燒數(shù)據(jù)庫開發(fā)了氣化模擬軟件、設(shè)計手冊、操作手冊45BGL氣化技術(shù)提供商BGL氣化技術(shù)概述BGL氣化技術(shù)應用于褐煤BGL

22、氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的比較BGL氣化技術(shù)的優(yōu)勢BGL氣化技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化試驗BGL氣化技術(shù)的應用46德國黑水泵(Schwarz Pumpe)廠BGL氣化爐1969年24臺魯奇爐（14.5Mm3/d）和型煤廠1992年改為氣化垃圾1995年甲醇廠/電廠/新氣化爐BGL爐自2001年投產(chǎn)后至今運行良好根據(jù)Sustec公司提供的資料47德國黑水泵廠 BGL氣化爐液態(tài)工業(yè)垃圾N=臺OKQ米dpm氣化爐ENRqLF交替開車氣化焦油固態(tài)工業(yè)與生活垃圾TRB劣質(zhì)褐煤制成塊狀型煤ORBN=臺PKS米_di氣化爐EPQqLF燃料氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電75MWP臺PKS米魯奇氣化爐EPNQqLF生產(chǎn)甲醇100,000

23、噸/年根據(jù)Sustec公司提供的資料48德國黑水泵廠BGL氣化爐根據(jù)Sustec公司提供的資料49德國黑水泵（SVZ）廠 BGL氣化爐根據(jù)Sustec公司提供的資料50云南煤化工集團解化廠試驗爐和新建瑞氣廠2005年，中國云南煤化工集團下屬的云南解化集團應用BGL熔渣氣化技術(shù)改造現(xiàn)有國產(chǎn)固定床氣化爐，作為試驗和示范爐直接試燒當?shù)亓淤|(zhì)褐煤。2006年完成爐體改造和開車試驗，達到預期目標。云南煤化工集團現(xiàn)已在云南開遠市應用該熔渣氣化技術(shù)建設(shè)20萬噸甲醇/ 15萬噸二甲醚生產(chǎn)裝置根據(jù)云南解化公司和化二院提供的資料和圖片51附：利用褐煤年產(chǎn)50萬噸合成氨項目52為合成氨生產(chǎn)配套制備合成氣主要工藝單元篩

24、選備煤，配助熔劑空分制氧氣、制氮氣煤氣化CO變換制蒸汽分離焦油（副產(chǎn)品）萃取脫酚（副產(chǎn)品）廢水凈化回收激冷后獲得的熔渣（副產(chǎn)品）氨氮與合成氣壓縮氣體凈化脫硫脫碳氨合成氣體精制53為合成氨生產(chǎn)配套制備合成氣氣化產(chǎn)生少量甲烷，有多種分離辦法可供選擇合成前分離如變壓吸附前分離獲得富甲烷氣作為之合成氣原料，采用純氧部分制合成氣（投資較小的選擇之一）液氮洗或甲烷化合成后分離54產(chǎn)品方案方案一：單產(chǎn)合成氨不帶尾氣部分氧化，尾氣利用做燃氣外售或發(fā)生蒸汽自用帶尾氣部分氧化，純氧部分氧化生成的合成氣返回變換方案二：氨-甲醇聯(lián)產(chǎn)液氨、甲醇方案三：氨-熱聯(lián)產(chǎn)不帶吸附尾氣純氧部分氧化及后續(xù)甲醇生產(chǎn)裝置，增加燃氣鍋爐液

25、氨、中壓蒸汽方案四：氨-聯(lián)產(chǎn)發(fā)電不帶吸附尾氣純氧部分氧化及后續(xù)甲醇生產(chǎn)裝置，增加IGCC裝置液氨、燃氣發(fā)電、中壓蒸汽55估算：某中國褐煤/云天化東明礦業(yè)褐煤56為年產(chǎn)50萬噸合成氨配套生產(chǎn)合成氣的裝置以某內(nèi)蒙古呼倫貝爾褐煤為例3.6米氣化爐單臺日產(chǎn)860,000標方合成氣3（4）開 1 備，共 4（5）臺氣化爐配空分 25,300標方/小時年產(chǎn)50萬噸合成氨規(guī)模需配套日產(chǎn)2,900,000標方合成氣裝置57謝謝！BGL氣化技術(shù)是一項節(jié)能、環(huán)保、成熟、經(jīng)濟和高性價比、可靠、適應性強的先進技術(shù)BGL氣化技術(shù)可為云天化發(fā)展煤化工提供最合適的技術(shù)選擇聯(lián)系地址：傅斌（中國區(qū)經(jīng)理及首席代表）北京朝外大街1

26、6號中國人壽大廈510室郵編：100020電話：010 傳真：010 手機：電郵：bin.f58一. 煤化工直接利用類型煤階煤煤漿型煤炭材料煤填充高分子復合材料直接液化重 整油 品氣 化焦 爐 氣焦油焦炭焦 化脫硫凈化燃 燒合成氣甲 醇電力和蒸汽FT 合成醋 酸油 品城市煤氣 二甲醚合成氨尿素焦油加工乙炔聚氯乙烯性質(zhì)等離子電力和蒸汽IGCCMTO/MTPDME59煤化工發(fā)展方向60煤化工清潔能源61二. 甲烷化歷史甲烷化催化劑和工藝起源于1902，初期用于脫除合成氣中殘留的少量碳氧化合物（CO和CO2)，用于制氫工藝合成氨； 煤氣（高CO含量）甲烷化開始于40年代，真正發(fā)展于70年代（石油危機

27、）； 標志性示范裝置：美國大平原廠，總投資21.13億美元，采用魯奇固定床干法排灰煤氣化生產(chǎn)的煤氣凈化后經(jīng)甲烷化合成天然氣的大型商業(yè)化工廠年產(chǎn)14.4億Nm3天然氣 國際發(fā)展是以制取代用天然氣為目的，國內(nèi)是為提高煤氣的熱值為主62甲烷化氣化和生物質(zhì)氣獲得氫與一氧化碳或二氧化碳經(jīng)催化反應以獲得甲烷的過程.Steam Methane ReformingCO + 3H2 = CH4 + H2O + Q基本原理：定義：CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O + QH2: 74%CO: 22%CO2: 2-3%其他：Ar+N2進料組成：63甲烷化反應特點平衡常數(shù)很大，在通常使用催化劑的活性溫度范圍

28、內(nèi)，平衡不是限制因素； 強放熱反應。每轉(zhuǎn)化1%CO可使氣體溫升71 ，每轉(zhuǎn)化1%CO2可使氣體溫升61 ； 甲烷化反應是F-T法合成烴類的一種特殊案例。甲烷化相當于燃料的一轉(zhuǎn)化過程，經(jīng)甲烷化反應后可提升氣體燃料能量密度；工業(yè)化面臨的技術(shù)難題1. 強放熱反應， 可引起催化劑床層劇烈升溫，使催化劑燒結(jié)失活；2. 氣體中氫/碳比偏小，增加了析碳的可能，是催化劑積碳失活；3. 氣體中毒物可使催化劑中毒失活；64精脫硫H2S + ZnO = ZnS + H2O 第一硫吸收塔：COS + H2O = H2S + CO2 C2H4 + H2 = C2H6 第二硫吸收塔： 烴(零) 氧(零) 總硫（0.1pp

29、m) COS (20 ppb) H2S (80 ppb)O2 + 2H2 = 2H2O 65甲烷化技術(shù)狀況 甲烷化技術(shù)供應商主要有：丹麥topse，英國Davy和德國Lurgi。（1）丹麥托普索公司TREMP甲烷化工藝開發(fā)的甲烷化循環(huán)工藝技術(shù)（TREMP），已在不同規(guī)模裝置中進行了驗證，在工業(yè)狀態(tài)下可生產(chǎn)2003000m3/h的代用天然氣產(chǎn)品； 托普索甲烷化催化劑MCR-2X，可在寬溫區(qū)（250700）范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的活性，并已在Topsoe中試和德國中試裝置中均進行測試，最長穩(wěn)定運行10000h，證明該催化劑具有優(yōu)越的穩(wěn)定性； 整個甲烷化裝置設(shè)置4段（根據(jù)出口CO濃度要求，可調(diào)整反應器數(shù)量）

30、甲烷化絕熱反應器，每個反應器出口設(shè)置高壓廢鍋，可利用過熱器將蒸汽過熱后送管網(wǎng)，利用部分氣體循環(huán)控制反應器溫度,但是高壓廢鍋投資較高，制造難度較大； 利用其催化劑可在高溫下反應的性能，也可以降低循環(huán)氣量，減少壓縮能耗。66托普索TREMP工藝的特點如下：單線生產(chǎn)能力大，根據(jù)煤氣化工藝不同，單線能力在1020萬Nm3/h天然氣之間。MCR-2X催化劑活性好，轉(zhuǎn)化率高，副產(chǎn)物少，消耗量低。MCR-2X催化劑在250700溫度范圍內(nèi)都具有很高且穩(wěn)定的活性。催化劑允許的溫升越高，循環(huán)比就越低，設(shè)備尺寸和壓縮機能力就越小，能耗就越低。托普索TREMPTM工藝循環(huán)氣量是其他工藝的十分之一。MCR-2X催化劑

31、在高壓情況下可以避免羰基形成，保持高活性、壽命長?？梢援a(chǎn)出高壓過熱蒸汽（8.612.0MPa，535），用于驅(qū)動大型壓縮機，每千Nm3天然氣副產(chǎn)3.5噸高壓過熱蒸汽，能量利用效率高。甲烷化技術(shù)狀況67冷卻水消耗量較低（每生產(chǎn)1Nm3產(chǎn)品氣，冷卻水消耗低于1.8kg）；高品質(zhì)的替代天然氣，甲烷含量可達9496%，高位熱值達89009100 kcal/Nm3，產(chǎn)品中其他組分很少，完全可以滿足國家天然氣標準以及管道輸送的要求；現(xiàn)有新疆慶華和內(nèi)蒙匯能SNG工廠采用托普索TREMPTM甲烷化技術(shù)。甲烷化技術(shù)狀況68（2）英國Davy公司的CRG甲烷化工藝：CRG技術(shù)最初是由英國燃氣公司(BG公司)在60

32、年代末期和70年代初開發(fā)的，是將容易獲取的液體餾分作為原料來生產(chǎn)低熱值城市煤氣的工藝流程中的一部分。原料石腦油和蒸汽經(jīng)過絕熱的CRG催化劑床層，石腦油在低溫下進行轉(zhuǎn)化而生產(chǎn)出富含甲烷的氣體。為了彌補天然氣來源的不足，采用CRG技術(shù)在整個英國建造了許多的SNG裝置。從70年代末期和80年代初期起，BG公司將其研發(fā)的注意力轉(zhuǎn)到煤氣化上，并開發(fā)出了成渣氣化爐（BGL爐），作為其開發(fā)的一部分，BG公司開發(fā)了使用CRG催化劑的工藝，來將出煤氣化爐的富氫和一氧化碳的氣體進行大量甲烷化。建于美國大平原的Dakota裝置使用了與BG公司開發(fā)的工藝相類似的工藝，并且CRG催化劑已在該裝置上成功地使用了很多年，充

33、分證明了CRG催化劑在商業(yè)化規(guī)模的煤制SNG裝置上的適用性。甲烷化技術(shù)狀況69Davy甲烷化工藝技術(shù)的特點如下：CRG-LH催化劑已經(jīng)經(jīng)過工業(yè)化驗證，擁有美國大平原等多項業(yè)績。CRG-LH催化劑具有變換功能，合成氣不需要調(diào)節(jié)H/C比，轉(zhuǎn)化率高。CRG-LH催化劑使用溫度范圍很寬，在230700溫度范圍內(nèi)都具有很高且穩(wěn)定的活性。可以產(chǎn)出高壓過熱蒸氣（8.612.0MPa，535），用于驅(qū)動大型壓縮機，能量利用效率高。高品質(zhì)的替代天然氣，甲烷含量可達9496%，高位熱值達89009100 kcal/Nm3，產(chǎn)品中其他組分很少，完全可以滿足國家天然氣標準以及管道輸送的要求。甲烷化壓力可以高達36.0

34、MPa，可以減少設(shè)備尺寸。甲烷化技術(shù)狀況70甲烷化技術(shù)狀況（3）德國Lurgi公司的甲烷化工藝：魯奇和南非沙索公司在南非F-T煤制油工廠旁建了一套工業(yè)化煤制天然氣試驗裝置；和奧地利艾爾帕索天然氣公司在奧地利維也納石油化工廠建設(shè)了另一套工業(yè)化的天然氣試驗裝置，兩套裝置都進行了較長時間的運作；美國大平原煤氣化制合成天然氣廠使用的就是魯奇公司甲烷化技術(shù)。主要通過產(chǎn)中壓飽和蒸汽和預熱原料氣回收甲烷化反應產(chǎn)生的熱量。最初采用BASF公司的催化劑，后來改用Davy 公司的催化劑。甲烷化反應溫度較低，高溫反應器出口溫度為400多度。目前魯奇公司正在為位于美國Mount Vernor 的一家公司做甲烷化的概念

35、設(shè)計，該裝置副產(chǎn)6.1MPa的過熱蒸汽。71甲烷化流程第一脫硫塔第二脫硫塔汽包第一甲烷化反應器第二甲烷化反應器第五甲烷化反應器氣液分離器高壓廢鍋SUP. HEAT MP STEAMSYNGASSNG37134460136160220255278675320242295262675330270536300390319163240300407098%93.3%88.27%55.7%50.7%41.82%27.9%26.5%40.1%排污去閃蒸72甲烷化開車Start-up開車分離器開車壓縮機N2氣開車加熱器開車變壓吸附H2N2SYNGASStart-upcircuitNiO + H2 Ni + H

36、2O H = 1,96 kJ/mol73甲烷化停車催化劑鈍化蒸汽鈍化催化劑:反應床層的溫度控制在250450 ，用蒸汽處理催化劑78 h，由于催化劑在沒有H2的情況下，其表面會緩慢的被氧化（催化劑在H2還原下很容易再生），進過鈍化后才可停車卸載催化劑。干法鈍化催化劑:用惰性氣體吹掃反應器并升溫至200 ；向反應器中引入1 vol.%的空氣，對應的氧氣含量為0.2 vol.%，床層溫度會提高30 ，之后氧氣的溶度逐步上升至0.5 vol.%（80 ），1.0 vol.%（160 ）；當氧進過催化劑床層后濃度不在變化，催化劑的床層溫度保持不變，表示鈍化可以結(jié)束，之后可以用空氣對反應器進行降溫，整個

37、過程大概需要40 h。74甲烷化設(shè)備列表第一硫吸收塔第二劉吸收塔第一甲烷化反應器第二甲烷化反應器第一補充甲烷化反應器第二補充甲烷化反應器汽包進氣預熱器第一甲烷化反應器鍋爐第二甲烷化反應器鍋爐蒸汽過熱器第二補充甲烷化換熱器循環(huán)換熱器SNG冷卻器開車壓縮機循環(huán)壓縮機汽液分離罐排污罐75甲烷化設(shè)備硫吸收塔催化劑裝填HTZ-5/ST-101DAVYPuraspec 2040Topsoe76甲烷化設(shè)備進氣熱電偶分布器熱電偶熱電偶手孔手孔手孔GCC-2MCR-2X耐火襯里Topsoe溫度壓力控制DAVYCRG-S2S甲烷化主反應器催化劑裝填77甲烷化設(shè)備汽包78三. 天然氣壓縮與干燥壓縮與干燥的目的：甲烷

38、合成裝置出口壓力為2.76MPa，溫度為40，含水量為760.7Nm3/h(年產(chǎn)20億標立天然氣）管道中的天然氣壓力為12.9MPa， 首站接氣為40含飽和水的天然氣，所以需要對天然氣進行壓縮和干燥，之后送往輸氣管道。79天然氣壓縮壓縮機常用的種類有往復式和離心式兩種；往復式壓縮機一般運用于小流量、高壓比的工況；離心式壓縮機一般運用于大流量、壓比較小，大功率的工況；本項目為天然氣長輸管道，輸氣量大，工況復雜，要求壓縮機具有較強的適用 性、易損件少、維修量小、運轉(zhuǎn)周期長的特點，根據(jù)輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范（GB50251-2003）“壓氣站宜采用離心式壓縮機”的要求（1）壓縮機離心式壓縮機的主要驅(qū)動

39、機有電動機、蒸汽透平等。采用蒸汽透平驅(qū)動最大的優(yōu)點是可以采用蒸汽作為能源，其運行成本低。采用 透平驅(qū)動，不需要另外增加調(diào)速系統(tǒng)或機械調(diào)速器，可以通過自身調(diào)速器進行調(diào)速 以滿足壓縮機各種工況運行的要求。其缺點啟動較慢?；^(qū)有高壓的動力蒸汽（2）驅(qū)動機80天然氣干燥工藝技術(shù)選擇 目前國內(nèi)外較為成熟的脫水方法，主要工藝有冷凍分離工藝、固體吸收工藝和三甘醇脫水工藝。（1）冷凍分離工藝是利用溫度變化，使天然氣中飽和水蒸汽從氣相中冷凝下來的方法。常見有兩種方法：節(jié)流膨脹冷卻法與外部冷卻法。 節(jié)流膨脹冷卻脫水法一般用于高壓天然氣氣田，高壓天然氣經(jīng)過節(jié)流膨脹降溫，把天然氣中的一部分水冷凝下來。這種方法經(jīng)濟，

40、但應控制天然氣降壓后仍高于輸送壓力，同時不使溫度降得太低，防止冷凝水結(jié)冰，但是不好控制，而本項目是通過合成生產(chǎn)的天然氣，采用此工藝不合適。81天然氣干燥（2）三甘醇脫水TEG工藝 三甘醇脫水工藝主要由甘醇吸收和再生兩部份組成。含水天然氣進入吸收塔。在吸收塔內(nèi)原料氣自下而上流經(jīng)塔板；與自塔頂向下流的貧甘醇液逆流接觸吸收天然氣中的水汽。經(jīng)脫水后的天然氣叢塔頂流出。吸收了水份的三甘醇富液自塔底流出，與再生后的貧甘醇液換熱，再經(jīng)閃蒸、過濾后進入再生塔再生。流程中設(shè)置的閃蒸罐可使部分溶解到富甘醇溶液中的烴類氣體在閃蒸罐中分出。富甘醇在再生塔中提濃和冷卻后，再泵送至吸收塔循環(huán)使用。82天然氣干燥（3）固體

41、吸附法脫水工藝 固體吸附法脫水工藝是用多孔性的固體吸附劑處理氣體混合物，使其中所含的一種或數(shù)種組分吸附與固體表面上以達到分離的操作。吸附作用有兩種情況：一是固體和氣體間的相互作用并不是很強，類似于凝縮，引起這種吸附所涉及的力同引起凝縮作用的范德華分子凝聚力相同，稱之為物理吸附：另一種是化學吸附，這一類吸附需要活化能。物理吸附是一可逆過程；而在化學吸附是不可逆的，被吸附的氣體往往需要在很高的溫度下才能逐出，且所釋出的氣體往往已發(fā)生化學變化。 天然氣脫水過程使用的吸附劑主要分子篩、硅膠等。 83天然氣干燥方案三甘醇脫水TEG方案分子篩脫水方案 優(yōu)點1、適用大流量、露點降要求較大的天然氣脫水。2、在

42、操作條件下性質(zhì)穩(wěn)定，吸水性強，容易再生，蒸汽壓低，氣態(tài)攜帶損失小。3、甘醇吸收塔壓降小。4、可連續(xù)運行。1、應用廣泛，技術(shù)成熟可靠，能夠提供非常低的露點。2、操作簡單。3、占地面積小。4、對進料氣的溫度、壓力流量變化不敏感缺點1、工程裝置投資大。1、一般適用于小流量、低壓氣體脫水；2、由于分子篩的使用壽命僅為2-3年，需定期進行更換，運行成本較高。3、廢棄分子篩的處理困難84天然氣干燥三甘醇脫水閃蒸氣去火炬SNGSNG來自壓縮段脫水塔廢水干氣/貧液換熱器閃蒸罐纖維過濾活性炭過濾循環(huán)泵貧液/富液換熱器精餾塔吸收段再生段水蒸氣放空蒸氣蒸氣冷凝液1254519010060再沸器85四. 催化煤制天然氣定義、作用制備方法催化劑指標分類工業(yè)催化86催化劑(Catalysts）：能提高化學反應速率，而本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生永久性改變的物質(zhì)。催化（Catalysis）：即通過催化劑改變反應物的活化能，改變反應物的反應速率，反應前后催化劑的量和質(zhì)均不發(fā)生變化 什么是催化 ?87活化能（Activation Energy）活化能: 活化的分子和反應物間能量的差，或克服反應所需要的最低能力，符號Ea活化能的高低決定著反應速率的大小，活化能越高反應速率越小，活化能越低反應速率越高88催化機理（Mechanism of catalysis）催化作