煤制天然气工艺简介2011326讲解
煤气化加氢制天然气的原理
煤气化加氢制天然气的原理煤气化加氢制天然气是一种将煤炭等碳质资源转化为天然气的技术方法。
它的原理是通过高温将煤炭等碳质资源在氧气或水蒸气的作用下转化为合成气，然后利用气化产生的合成气通过催化剂的作用进行加氢反应，将合成气中的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）还原为甲烷（CH4），最终制得高纯度的天然气。
煤气化是将含碳质化合物（如煤炭、石油焦等）通过高温和催化剂的作用转化为气体的过程。
这个过程是在缺少氧气或水蒸气的条件下进行的，以避免燃烧反应。
煤气化过程中，煤炭首先经过整理和粉碎处理，然后在氧气或氯气等气体的存在下，在高温（通常在1000以上）和高压（通常在2-8 MPa之间）的条件下进行气化反应。
在这个过程中，煤炭中的碳质化合物被分解为一系列气体，包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等。
然后，产生的合成气进一步经过加氢反应，将一氧化碳和二氧化碳还原为甲烷。
在加氢反应中，合成气通过催化剂床，催化剂床上通常使用镍或钼等金属作为活性成分，将CO和CO2与氢气反应生成甲烷（CH4）。
这个过程通常在较高的温度和压力下进行，温度约为250-400，压力约为2-8 MPa。
最后，通过一系列的气体净化和脱硫等工艺，去除合成气中的杂质和硫化物，得到高纯度的天然气。
天然气中甲烷含量通常达到90%以上，其他成分如乙烷、丙烷、丁烷等也会有所存在。
煤气化加氢制天然气的原理可以用以下反应来描述：C + H2O →CO + H2CO + H2O →CO2 + H2CO + 3H2 →CH4 + H2OCO2 + 4H2 →CH4 + 2H2O其中，C表示煤炭或碳源，H2O表示水蒸气，CO表示一氧化碳，H2表示氢气，CO2表示二氧化碳，CH4表示甲烷。
煤气化加氢制天然气技术具有广泛的应用前景。
首先，它可以有效利用煤炭等碳质资源，将其转化为清洁能源，减少对化石燃料的依赖。
其次，通过加氢反应与气化反应相结合，可以提高天然气的产率和纯度。
煤制天然气工艺简介2011.3.26
工作原理
• 工作原理：根据工艺装置副产的低压蒸汽
平衡，制冷装置方案确定为混合制冷即先
将甲醇洗返回气氨用压缩机升压至0.3
MPa(a)，然后用低压蒸汽吸收制冷。
ZGSX
气态
1
Q
液态
2
冷凝
W
压缩
节流
4
蒸发
QL
3
蒸汽制冷压缩原理图
3、硫回收
• 硫回收方法根据工艺流程选择和当地产品销路情况，
产品可以是硫磺（S）或硫酸(H2SO4)。
灰 去 渣 池
煤锁加煤过程
• 粒度为6-50mm的原料煤通过皮带加入
煤斗，煤锁泄压完成后打开煤锁上锥阀，
煤进入煤锁至正常料位后关闭煤锁上锥
阀。 • 打开煤锁充压阀，用来自低温甲醇洗的 二氧化碳进行充压，直至煤锁压力与气 化炉内压力相同，然后关闭煤锁充压阀。
煤锁加煤过程
• 打开煤锁下锥阀，将煤加入气化炉内，
ZGSX
• 氨回收： • 来自酚回收的氨气（约含10％的水蒸汽）首先 进入氨气净化塔并向塔内喷入稀氨水，在塔内 既进行稀氨水对氨气的吸收变为氨水，同时也 进行氨水的热汽提，被汽提出来的氨气和少量 不凝气从塔顶引出，经换热器冷却的同时喷入
脱盐水吸收氨气变为氨水，而不凝气不溶于水
直接将其放空。
5.备煤装置
• CO2+4H2＝CH4+2H2O （煤制甲烷气的反应）
煤气的净化
• 变换气中酸性气的脱除，主要分物理吸收和化学吸收 两大类，化学吸收较有代表性的有热钾碱等，其主要 的缺点是溶液再生需耗大量的热，吸收能力较低。因 本工程气体处理量大，气体中硫化氢、二氧化碳含量 高，可行的办法是选择低温甲醇洗脱硫脱碳技术，工 艺软件包采用 低温甲醇洗专利技术。
煤制天然气一步法
1 煤气化转化技术制备天然气一步法甲烷化工艺(1) HICOM 工艺HICOM 工艺是由英国煤气公司研发设计。
技术特点是将气体转换单元和甲烷化单元合并为一个单元完成。
气化炉生产的合成气经冷却、净化、脱硫处理以后，和水蒸气一起通入甲烷化单元。
蒸汽除了调节H2/CO比，还可以防止碳沉积，但是水蒸气降低了热效率，可能引起催化剂烧结。
系统的温度通过冷却产品气循环来调节，甲烷化反应放出的热量用于生产高压蒸汽。
HICOM 工艺没有气体转换单元，热回收装置少，减少了设备投资，能效较高，技术成熟度较高，苏格兰的西域发展中心已经建立了半商业化规模的示范性工厂。
但是技术复杂度略高，合成气转化率还有待提高，目前还没有实现完全商业化运营。
(2) Comflux 工艺1975年—1986年，德国的 Thyssengas GmbH 公司和德国卡尔斯鲁厄大学共同研发了 Comflux 工艺。
工艺最大特点是气体转换反应和甲烷化反应同时在流化床反应器中进行。
由于没有单独的气体转换单元和生产高压循环气的空气压缩机，大大降低了设备投资和生产成本，与固定床工艺相比，大约节省了10% 的成本。
同时由于使用了流化床工艺，质量和热量传导率高，催化剂的装卸和回收更加便利。
废热得到了合理利用。
工艺经过了中试和半商业运营，技术成熟度较高。
(3) 液相甲烷化工艺美国的化学系统研究所提出了另一种生产替代天然气的方法—液相甲烷化工艺。
气化炉生产的合成气直接进入装有循环液( 矿物油) 和催化剂的液相甲烷化反应器。
液相甲烷化工艺具有很好的传热性能，实现了恒温操作，具有较高的选择性和较大的灵活性，反应水可用于水煤气的变换反应，因此不需要单独的气体转化单元，单台反应器生产能力大，投资成本低。
2直接合成天然气技术2.1 催化气化工艺美国 Exxon 科学工程公司提出了一种催化气化工艺( Catalysis Coal Gasification，CCG)，可以将气化和甲烷化合并为一个单元直接生产合成天然气。
煤制天然气
在气提塔内进行，液 硫被通过其中的空气
十单击一此、处编煤辑母制版天标题然样式气
概述
1
煤制天然气工艺
2
天然气脱硫
3
4
Page 1
第单击一此节处编、辑概母版述标题样式
煤制天然气是指煤经过气化产生合成气，再经过甲烷 化处理，生产代用天然气（SNG）。
是生产石油
优
替代产品
势
的有效途径
Page 2
耗水量较低 转化效率较高 环境影响较小
1000Nm3甲烷需要4.8吨煤作为原料和燃料。
三、甲烷化
主要反应:
CO + 3H2 = CH4 + H2O CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O
1. 反应热的撤热问题 2. 甲烷化工艺回路（稀释法、冷激法） 3. 多级反应器串联（三级甲烷化） 4. 甲烷合成的压力（高压力利于甲烷化和缩小设备体积） 5. 甲烷化反应的产物（ 大量CH4、微量N2,H2,CO,CO2 ） 6. 甲烷化催化剂（还原镍、RHM-266, M-349, MCR-2X）
反应 机理
工艺 流程
化学 药剂
Page 8
最重要，保证溶液的稳定性和 操作的连续性。有利于硫磺的生 成和沉降，抑制副反应的发生。
第单击三此节处编、辑天母版然标气题样脱式硫
一、天然气脱硫与硫磺回收结合新工艺
H2S（g）+
OH- = 细菌
HS-
+
H2O2.
生物脱硫技术
HS- + 1/2O2 = S0 + OH-
第单击一此节处编、辑概母版述标题样式
一、煤制天然气的必要性
我国的能源消费情况和能源格局 煤化工行业发展及天然气消费量增长 能源效率最高，是最有效的煤炭转化利用方式
煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素的分析探讨
煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素的分析探讨煤制天然气是一种将煤转化为天然气的工艺技术，它可以有效地利用煤炭资源，并且减少对天然气的依赖。
煤炭资源在中国是非常丰富的，因此煤制天然气技术对于我国的能源战略具有非常重要的意义。
在煤制天然气的工艺过程中，催化剂起着至关重要的作用，它可以影响工艺的效率和产物的品质。
本文将对煤制天然气的工艺技术和催化剂影响因素进行分析探讨。
一、煤制天然气的工艺技术煤制天然气是一种利用煤炭资源制备天然气的工艺技术。
该技术的基本原理是通过煤气化、气体净化和合成天然气三个步骤来实现。
首先是煤气化，将煤炭在高温下分解成合成气，合成气主要由一氧化碳和氢气组成。
然后是气体净化，通过除尘、脱硫、脱氮等工艺将合成气中的杂质去除。
最后是合成天然气，利用催化剂将合成气中的一氧化碳和氢气合成为天然气。
煤制天然气的工艺技术主要包括两种方法，一种是煤间接液化技术，另一种是煤间接气化技术。
煤间接液化技术是将煤气化产生的合成气先制备成液体燃料，再由液体燃料转化成合成天然气。
煤间接气化技术是将煤气化产生的合成气直接合成为合成天然气。
这两种技术各有优缺点，需要根据具体情况选择适合的工艺路线。
在煤制天然气的工艺技术中，催化剂是一个非常关键的因素，它可以明显提高工艺的效率和产物的品质。
接下来将对催化剂的影响因素进行详细分析。
二、催化剂影响因素的分析催化剂是煤制天然气工艺中必不可少的催化剂。
它通过催化作用加速化学反应的速率，提高反应的选择性和产率。
催化剂的种类、结构和性质都会影响工艺的效率和产物的品质。
1. 催化剂的种类煤制天然气工艺中常用的催化剂主要包括铁基催化剂、镍基催化剂和硼基催化剂。
不同的催化剂具有不同的催化活性和选择性。
铁基催化剂具有催化活性高、稳定性好的特点，适用于高温、高压条件下的合成气转化反应。
镍基催化剂具有催化活性高、反应速率快的特点，适用于低温、低压条件下的合成气转化反应。
硼基催化剂具有催化活性强、选择性好的特点，适用于高温、高压条件下的合成气转化反应。
煤制天然气合成(甲烷化)技术综述
煤制天然气合成（甲烷化）技术综述以下资料大部分来源于公开资料：1、托普索技术（TREMP技术）：托普索很早就在中国混了，是国内各种化工催化剂的主要外国供应商之一。
最近几年煤制天然气如此之火，当然少不了它。
也正是由于有了良好的基础，可以说托普索技术在国内煤制天然气的推广是最成功的。
我所了解的，如庆华、汇能等（其网站上云在中国有4套在建的合成天然气装置使用托普索技术：3套煤气化为原料的装置，3套焦炉气为原料的装置“？”），均已和托普索签订了技术转让合同。
所以我们能从公开途径找到的托普索的资料也是最多的。
早期典型工艺流程流程图：很多谈论托普索的甲烷化工艺喜欢用这张图，其实这个图真的只是一个简要的示意图，后期托普索的宣传资料给出了稍微改进的流程图：这种循环工艺首段或首两段装填托普索的耐高温甲烷化催化剂MCR-2X，据说能耐温700以上，并且经历了长时间的试验考验。
后面的中低温段装填托普索用于合成氨甲烷化的普通催化剂PK-7R.我曾在某个资料中看过托普索提出个不循环的“一次通过”工艺流程：首段甲烷化补加了大量水蒸气，并在甲烷化催化剂上部装填了GCC“调变”催化剂，以减轻首段的负荷和温升，尽管如此，这段反应器中装填的MCR系列催化剂还是得耐740度的出口温度。
暂时托普索已签订合同的技术路线是哪一个，我并没有掌握相关信息。
2、戴维技术（CRG技术）：戴维催化剂在上世纪80年代曾用于美国大平原装置，意识到工艺限制（后面会讲）后，戴维开发了高温甲烷化催化剂CRG-LH及所谓的HICOM工艺。
后戴维并入庄信万丰，成为其100%子公司。
戴维甲烷化工艺中的大量甲烷化两个反应器出口大约控制在650度。
一直让我很奇怪的是，戴维的4个甲烷化反应器中均是两种催化剂（CRG-S2SR和CRG-S2CR)混装,而且两种催化剂的体积比还不一样。
个人感觉戴维SNG技术在中国的宣传比较低调，但是它已经获得了大唐（克旗和阜新）和新汶的合同，这主要得益于他们的催化剂曾在大平原上得到应用；但戴维技术貌似能找到的公开资料不多。
煤制天然气-甲烷化
➢ 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。
12
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
甲烷化技术状况
（2）英国Davy公司的CRG甲烷化工艺：
15
排污去闪蒸
第二甲烷化反应器 第一甲烷化反应器 第二脱硫塔 第一脱硫塔
SYNGAS
甲烷化流程
460
SUP. HEAT MP STEAM
88.27% 240 270
第五甲烷化反应器
255 136 220 26.5%
262 汽包
27.9%
41.82%
300
300
37 134
278 675 40.1%
手孔 手孔
耐火衬里
分布器
温度压力控制
GCC-2 Topsoe
MCR-2X
DAVY CRG-S2S
手孔
21
甲烷化设备
汽包
22
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760.7Nm3/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。
天然气脱水过程使用的吸附剂主要分子筛、硅胶等。
160 320
295 675
330
50.7%
536
390
319
55.7% 163
93.3%
SNG
煤制天然气简述
煤制天然气：发展煤基清洁能源，尤其是煤制天然气，是一条解决我国能源供应问题的有效途径。
我国在能源结构上的特点是“缺油、少气、富煤”，天然气资源人均占有率还不到世界平均水平的10%，但近5年平均增速达17.6%，预计“十二五”期间，天然气占一次能源消费的比重将由目前4%上升到8%。
在快速增长的需求面前，天然气供应缺口较大。
近年来，我国加大了天然气进口力度，沿海多个液化天然气(LNG)项目已经投产。
根据目前国际上大宗商品的发展趋势，一旦中国对某种大宗商品大量进口，其价格必定飙升。
尽管由于暂时的需求下降以及页岩气大量发现，国际天然气价格出现了下调，但可以预见，这种现象不会持久。
我国的天然气产业发展还需要立足自身，扩大资源供给。
我国煤炭资源丰富，发展煤基清洁能源，是一条解决能源供应问题的有效途径。
但煤炭消费中最重要的问题是如何做到清洁化利用。
如果实现了煤炭的清洁利用，不但能满足我国快速增长的能源需求，还能大大减少温室气体的排放和对环境的污染。
目前，围绕发展煤基清洁能源，出现了煤制油、煤制天然气(SNG)、煤化工(醇醚燃料)等各种方案。
比较起来，煤制气是其中最为现实的路径选择。
它具有几大明显的优势。
首先是清洁。
煤制气可以使煤炭清洁利用成为现实。
其过程中的耗水量和二氧化碳排放在各种煤化工中处于低端。
更为重要的是，在这个过程中，二氧化碳的集中生产，非常便于集中捕获封存或加以利用，从而解决二氧化碳分散排放时不便捕捉的难题。
其产品天然气本身就是一种清洁能源，燃烧过程中几乎不排放有害气体。
其次是高效。
由于比较陈旧的能源转换和使用方式，目前我国的能源效率总体比较低，单位GDP能耗是世界平均水平的3-4倍，是美国、日本等发达国家的6-8倍。
我国提高能效的空间非常大，有专家预计，通过降低单位GDP能耗，完全可以在不增加能源消耗的情况下使GDP翻一番。
利用集成方式发展煤制天然气，对煤炭的转化利用进行全生命周期管理，可以极大提高能源转换效率和使用效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
煤气的净化
• 变换气中有CO2、H2S、COS、CO、H2、 CH4、N2等气体。
煤制天然气工艺技术简介
山西能源项目培训课件
. INET
装置采用的主要工艺技术
• 纯氧碎煤加压气化 • 粗煤气耐油耐硫变换 • 低温甲醇洗 • 混合制冷 • 超优克劳斯硫回收 • 甲烷化（ 丹麦托普索技术） • 内压缩空气分离 • 循环流化床锅炉 • 废水生化处理
生产准备组织机构图
工艺流程简图
煤气水分离装置
• 由气化装置来的粗煤气先经洗涤塔用酚水洗涤，然后经换热 器换热后进入预变炉和主变炉反应，之后经换热器换热再进 入废热锅炉回收余热，然后煤气进入三级换热器依次与脱氧 水、脱盐水、循环水换热使煤气温度降低至约40℃，再进入 气液分离器将煤气中的冷凝液分离出去，然后送入下游的低 温甲醇洗装置；洗涤塔中洗涤后的酚水和煤气中冷却下来的 冷凝液分别送往煤气水分离装置。
1.气化装置
• 装置采用纯氧碎煤加压气化技术单套气化炉系统主要有以下 几部分组成：1.煤斗 2.煤锁 3.气化炉 4.灰锁 5. 洗涤冷却 器 6.废热锅炉
• 单台气化炉正常氧负荷为6777Nm3/h,蒸汽耗量为37.9t/h,耗 煤量32.6t/h，生产粗煤气为49000Nm3/h
气化装置工艺流程示意图
3.6
CO2
430
1.0
CH4
12
CO
5
N2
2.5
H2
1.0
ZGSX
甲烷化反应
• CO+3H2＝CH4+H2O+Q • CO2+4H2＝CH4+2H2O +Q • 副反应
• CO+H2O＝CO2+H2+Q
ZGSX
主要生产装置分别进行介绍
• 一、气化车间： • 1.气化装置系列气化炉 • 2.变换及冷却装置 • 3.煤气水分离装置 • 4.酚回收装置和氨回收装置 • 5.备煤装置
煤
氧气 蒸汽
煤斗
煤锁
气
洗
涤
化
冷
炉
却 器
灰 锁
灰
蒸 汽 去 管 网
粗
废
煤
热
气
锅
去
炉
变
酚
换
水
去
煤
气
水
分
离
INET
INET
• 在氧化区反应后的气化剂（几乎不含氧）携带大量的 热能进入气化区（还原区），在此煤中的碳与水蒸汽 发生复杂的化学反应生成煤气，其间发生的化学反应 多达一百多个，但生成煤气最主要的反应是碳与水蒸 汽反应生成一氧化碳和氢气、碳与水蒸汽反应生成甲 烷和一氧化碳或二氧化碳；因生成煤气的主反应基本 都是吸热反应，因此需要氧化区煤的燃烧提供大量的 热能。
• 低温甲醇洗就是利CO2、H2S、COS在甲 醇中溶解度是H2、CH4、N2等气体在甲醇 中溶解度的不同而实现有用组分CO、H2、 CH4和无用组分的分离的。
ZGSX
各种气体在－40℃时的相对溶解度 如下表：
气体
气体的的溶溶解解度度/H2 气体的的溶溶解解度度/CO2
H2S
2540
5.9
COS
1555
气化生成
• 在气化区生成的煤气和剩余的水蒸汽向上进入干馏区， 在这里几乎已经没有氧而温度又比较高，因此在这里煤 会被干馏，煤中的挥发份会裂解析出形成焦油、中油、 轻油和粗酚等组分混合到煤气中。这些复杂的煤气成分 继续向上进入干燥区，利用煤气的温度将煤中的外在水 和一部分结合水解析出来变成蒸汽，从而将煤干燥。之 后煤气在气化炉顶部通过煤气收集器（同时也是煤分布 器）引出进入洗涤冷却器。
灰锁排灰过程
• 打开灰锁泄压阀，将灰锁压力泄至常压后关 闭灰锁泄压阀，打开灰锁下锥阀将灰排出。
• 关闭灰锁下锥阀，再打开灰锁充压阀用中压 蒸汽充压，如此循环往复上述的排灰过程。
ZGSX
2.变换冷却装置
• 变换冷却装置共两系列，每系列各有两台预 变炉和一台主变炉；预变炉和主变炉中所装 的均为耐硫钴钼催化剂，其反应原理就是利 用煤气中含带的水蒸汽在钴钼催化剂的作用 下与一氧化碳进行反应生成氢气和二氧化碳， 这样就降低了一氧化碳含量并提高了氢气含 量，从而达到调节氢碳比的目的。
ZGSX
• 煤气进入洗涤冷却器后，由来自煤气水分离装置经 加压后的酚水进行喷淋洗涤，洗去煤气中的焦油、 中油、粗酚和氨以及煤气中夹带的煤尘之后进入废 热锅炉；在废锅中煤气与来自除氧站的除氧水进行 换热，煤气的温度降低至约180℃后送入下游的变 换装置，而煤气冷却下来的煤气冷凝液与洗涤冷却 器中洗涤后的酚水汇合后一同送往煤气水分离装置， 同时废锅中除氧水被加热产生的0.6MPa的自产饱 和蒸汽并入低压蒸汽管网。
• CO+H2O＝CO2+H2+410.89KJ/mol
副反应：
• 在某种条件下会发生CO分解等其他副反应， 分别如下：
• 2CO＝C+CO2 • 2CO+2H2＝CH4+CO2 • CO+3H2＝CH4+H2O（煤制甲烷气的反应） • CO2+4H2＝CH4+2H2O （煤制甲烷气的反应）
煤气的净化
煤锁加煤过程
• 打开煤锁下锥阀，将煤加入气化炉内， 然后关闭煤锁下锥阀。
• 打开煤锁泄压阀，将煤锁泄压完成后再 重复上述的加煤过程。
ZGSX
灰锁排灰过程
• 灰锁在所有阀关闭的情况下，先打开灰锁充 压阀用中压蒸汽进行充压，直至灰锁压力与 气化炉内压力相同，然后关闭灰锁充压阀。
• 打开灰锁上锥阀，从气化炉内排出的灰落入 灰锁，灰进入灰锁至正常料位后关闭灰锁上 锥阀。
煤锁和灰锁加煤、排灰示意图
煤 来 自 煤 斗
煤
锁
泄
充 压 用
压
煤
气
锁
充
二
压
氧
用
化
中
碳
压
煤
蒸
去
汽
气
化
炉
灰 来 自 气 化 炉
灰
锁
泄
灰
压
锁
气
灰 去 渣 池
煤锁加煤过程
• 粒度为6-50mm的原料煤通过皮带加入 煤斗，煤锁泄压完成后打开煤锁上锥阀， 煤进入煤锁至正常料位后关闭煤锁上锥 阀。
• 打开煤锁充压阀，用来自低温甲醇洗的 二氧化碳进行充压，直至煤锁压力与气 化炉内压力相同，然后关闭煤锁充压阀。
原煤
脱盐水
联络主变
备煤
锅炉发电
国家电网 电能供全厂
煤
产品石脑油
天 然
气
气
水
压缩
干燥
天 然 气
全厂废水
生化污 水处理
天然气 首站
生产原理
• 气化： • C+O2=CO2+Q • C+H2O=CO+H2-Q • CO2+C=2CO-Q • CO+H2O=CO2+H2+Q
ZGSX
变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ反应
• 一氧化碳变换反应是一个放热反应变换过 程为含有C、H、O三种元素的CO和H2O 共存的系统，在CO变换的催化反应过程 中，除了主要反应：