关于煤制天然气工艺的比较
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先将煤转化为合成气，再通过一系列化学反应制得天然气的技术。
它是一项旨在开发煤炭资源、替代天然气的重要技术。
煤制天然气生产是一种高温、高压反应，需要一个优化的催化剂系统。
本文将从煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素两个方面介绍和探讨这一技术。
1. 煤制天然气工艺技术煤制天然气工艺技术中最关键的部分是煤气化反应，即将固体煤炭转化为一种混合气体，其中含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气等气体。
煤气化反应可以通过煤直接氧化、热解或者在氧化剂存在下进行。
目前，最为成熟的煤气化技术是煤-水煤浆气化技术和干熄氧气气化技术。
煤-水煤浆气化是将煤粉末和水混合为一种煤浆，然后加入一定的氧化剂，通过高温和高压反应生成合成气。
这种方法需要大量的水和氧化剂，并且存在产生废水、二氧化碳和其他副产物的问题。
而干熄氧气气化则是将干燥的煤炭通过高压和高温进行氧化反应，可以减少废水和废气的产生，但是高压条件需要消耗大量能源。
2. 催化剂影响因素在煤制天然气工艺中，催化剂是至关重要的因素之一。
在煤气化反应中，催化剂可以提高反应速率、提高合成气的纯度和降低反应温度等。
目前煤制天然气领域主要采用了铁基催化剂、镍基催化剂和钴基催化剂。
铁基催化剂相对便宜，但是在反应温度高的情况下会失去催化活性，因此不适用于高温煤气化反应。
镍基催化剂具有良好的催化活性和稳定性，但是容易受到硫化氢等气体的污染，降低其效率。
钴基催化剂则能够在高温反应条件下保持高效催化活性，但是价格昂贵，用量大大增加。
除了催化剂选择之外，其他因素如反应压力、反应温度、气体比例等也会影响催化剂的性能。
提高反应温度可以提高反应速率，但是也会降低催化剂的寿命；提高压力可以提高产率，但同时也会加速催化剂寿命的降低。
气体比例中氢气的含量越高，催化剂的寿命越长。
综上所述，煤制天然气是一项具有重要意义的技术，需要设计优化的煤气化反应工艺和有效的催化剂选择。
煤制天然气项目工艺选择对比
中国科技期刊数据库 工业A2015年18期 197煤制天然气项目工艺选择对比仵彦钊新疆广汇新能源有限公司，新疆 哈密 839303摘要：煤气化工艺有十几种，在工业上大量采用的也就是几种，可分为固定床、流化床、气流床三种类型。
煤制天然气项目可供选择的气化工艺有GSP 、Texcao 、Shell 干粉煤、Lurgi 碎煤固定床干法排灰压力气化。
本文就此三种气化工艺进行了对比分析，结果表明煤制气项目选用碎煤加压气化非常合适。
关键词：煤制天然气；气化工艺；对比 中图分类号：TQ546 文献标识码：A 文章编号：1671-5799(2015)18-0197-011 煤气化工艺对比研究煤气化工艺选择原则是：（1）根据煤质选择相适应的煤气化工艺；（2）根据煤气加工的产品及用途选择煤气化工艺；（3）装置规模的大型化。
煤制天然气项目可供选择的气化工艺有GSP 、Texcao 、Shell 干粉煤、Lurgi 碎煤固定床干法排灰压力气化。
为此对GSP 、Lurgi 、Shell 三种气化工艺进行详细的比较如下：（1）三种煤气化工艺在消耗指标上，消耗高水份原料煤基本一样，差别最大的是氧气消耗原料煤Shell 、GSP 气化是碎煤加压气化2.9倍。
（2）包括焦油等副产品在内，三种气化工艺的碳转化率、气化效率、气化热效率基本一样。
（3）三种煤气化投资相差很大。
采用碎煤加压气化工艺合成天然气与采用Shell 、GSP 煤气化工艺合成天然气相比，变换、低温甲醇洗净化装置、甲烷化装置等后系统的处理量大大减少，消耗、投资大大降低。
2 煤制天然气项目气化工艺选择对于天然气为目标产品的煤化工项目，采用碎煤加压气化工艺与Texcao 气化工艺有以下优点：（1)项目的投资增加：①备煤工段的投资与能耗增加5倍以上。
②空分的的投资与能耗增加3倍以上。
③变换、甲烷化工段的投资与能耗增加1.5倍以上。
（2)副产品减少：众所周知碎煤加压气化工艺在气化过程中生成大量的煤焦油、石脑油、粗酚、液氨。
煤制天然气
煤制天然气煤制天然气通常指采用已开采原煤，经过气化工艺来制造合成天然气（Synthetic Natural Gas, SNG）。
用褐煤等低品质煤种制取甲烷（即天然气主要成分）气体，可利用现有和未来建设的天然气管网进行输送。
煤制天然气的耗水量在煤化工行业中是相对较少，而转化效率又相对较高，因此，与耗水量较大的煤制油相比具有明显的优势。
此外，煤制天然气过程中利用的水中不存在污染物质，对环境的影响也较小。
生产工艺煤制天然气的工艺可分为煤气化转化技术和直接合成天然气技术。
两者的区别主要在于煤气化转化技术先将原料煤加压气化，由于气化得到的合成气达不到甲烷化的要求，因此需要经过气体转换单元提高H2/CO 比再进行甲烷化（有些工艺将气体转换单元和甲烷化单元合并为一个部分同时进行）。
直接合成天然气技术则可以直接制得可用的天然气。
煤气化转化技术可分为较为传统的两步法甲烷化工艺和将气体转换单元和甲烷化单元合并为一个部分同时进行的一步法甲烷化工艺。
直接合成天然气的技术主要有催化气化工艺和加氢气化工艺。
其中催化气化工艺是一种利用催化剂在加压流化气化炉中一步合成煤基天然气的技术。
加氢化工艺是将煤粉和氢气均匀混合后加热，直接生产富氢气体。
制作流程煤制天然气整个生产工艺流程可简述为：原料煤在煤气化装置中与空分装置来的高纯氧气和中压蒸汽进行反应制得粗煤气；粗煤气经耐硫耐油变换冷却和低温甲醇洗装置脱硫脱碳后，制成所需的净煤气；从净化装置产生富含硫化氢的酸性气体送至克劳斯硫回收和氨法脱硫装置进行处理，生产出硫磺；净化气进入甲烷化装置合成甲烷，生产出优质的天然气；煤气水中有害杂质通过酚氨回收装置处理、废水经物化处理、生化处理、深度处理及部分膜处理后，废水得以回收利用；除主产品天然气外，在工艺装置中同时副产石脑油、焦油、粗酚、硫磺等副产品。
主工艺生产装置包括空分、碎煤加压气化炉；耐硫耐油变换；气体净化装置；甲烷化合成装置及废水处理装置。
浅析煤制天然气项目净化工艺的选择
浅析煤制天然气项目净化工艺的选择煤制天然气是一种利用煤炭直接转化为合成气后再经过一系列工艺加工成为天然气的技术。
在煤制天然气项目中，净化工艺是非常重要的环节，其主要作用是去除合成气中的杂质和有毒有害物质，使合成天然气达到国家标准并满足市场需求。
本文将对煤制天然气项目净化工艺的选择进行浅析。
目前，煤制天然气净化工艺主要分为物理法、化学法和物化法三种。
物理法包括吸附、膜分离、冷却凝结等方法；化学法包括吸收、吸咯、化学反应等方法；物化法则是物理法和化学法相结合，在选择净化工艺时，需要考虑到以下因素：一、合成气成分由于不同的煤种和不同加工工艺得到的合成气组分不同，因此需要在选择净化工艺时，充分考虑到合成气组分和成分变化情况。
如若合成气成分中含有大量二氧化碳，则需要选用吸收法进行净化；若含有大量硫化氢、甲硫醇等有毒有害物质，则需要采用干式脱硫、湿式脱硫等方法进行净化。
二、净化效率净化效率是衡量净化工艺优劣的重要指标，若净化效率较低，则会导致合成天然气不达标或成本过高，而高效的净化工艺不仅可以提高产品质量，降低成本，而且对环境保护也具有重要意义。
因此，在选择净化工艺时，需要根据实际情况、技术水平等综合考虑。
三、投资、运行成本及环境影响净化工艺的投资、运行成本和环境影响是进行决策时需要考虑的关键因素，因此需要综合考虑净化工艺的投资、运行成本，以及对环境的负面影响。
如采用膜分离法进行净化，虽然净化效率高，但投资成本高、能耗大；而采用吸收法，可以有效去除二氧化碳，但会产生大量脱碳溶液，需要进行后处理，增加了环境负荷。
综上所述，净化工艺的选择需要综合考虑合成气成分、净化效率、投资、运行成本及环境影响等因素，采用适合的工艺进行净化，可以提高产品质量，降低成本，提高项目经济效益和社会效益。
浅析煤制天然气项目净化工艺的选择
浅析煤制天然气项目净化工艺的选择
煤制天然气是一种重要的转化技术，可将煤炭资源转化为天然气，满足能源需求。
然而，煤制天然气项目净化工艺的选择显得至关重要。
通常，煤制天然气中含有大量
的二氧化碳、硫化物、苯、甲苯、二甲苯等有害气体和杂质，这些成分不仅有害环境和人
身健康，而且会对设备和质量带来消极影响。
传统的煤制天然气净化工艺包括水洗法、吸附法和膜分离法。
这些技术虽然在过去几
十年中得到了广泛应用，但仍存在许多局限性，如水洗法易造成废水排放超标，吸附法存
在吸附容量低、重金属污染等问题，膜分离法虽然具有高效、节能的优点，但也存在膜堵塞、维护难度大等缺点。
现在，为了满足越来越严苛的环保要求和工艺要求，新型煤制天然气净化工艺不断涌现。
例如气相热泵工艺、螺旋板式反应器、等离子体处理等技术都展现出了广阔的应用前景。
其中，气相热泵工艺是一种新型的洗涤技术，它可以实现同时分离和回收CO2、甲醇
等有害气体和杂质，对环境污染的控制非常有效。
另外，螺旋板式反应器是一种基于滚筒
反应原理的设备，可将煤制天然气中的有害气体和杂质进行物理分离和化学反应，实现高
效净化。
总体来看，新型煤制天然气净化工艺不仅具有高效净化、环保节能、稳定可靠等优点，而且实现流程简单、设备结构紧凑等特点，将在未来的煤制天然气项目中得到广泛应用。
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工艺技术是指将煤作为原料，通过化学反应将其转化为天然气的过程。
该技术的发展对于解决能源短缺和环境污染等问题具有重要意义。
本文将从工艺技术和催化剂两个方面，对煤制天然气的影响因素进行分析探讨。
一、工艺技术1.1 煤种选择煤种的选择对于煤制天然气的产量和质量具有重要影响。
不同煤种具有不同的物化性质和化学组成，因此其转化效果也存在差异。
目前，以长石煤和褐煤生产为主，其具有较高的产气速率和较低的热值，但发展综合利用必须以煤质及其对环境的影响为考虑因素。
1.2 反应条件反应条件包括反应温度、压力等参数，对于煤制天然气的转化率和产量均具有影响。
一般而言，反应温度在500-900摄氏度之间，压力在1-5MPa范围内，可以获得较好的反应效果。
但在实际生产中，具体的反应条件需要根据煤种、催化剂、反应器等因素进行优化。
1.3 反应器设计反应器是煤制天然气工艺的核心设备，其设计和工艺参数的选择对于反应过程的效率和产量具有重要影响。
反应器的优化设计需要考虑反应器尺寸、形状、材料等因素，并结合煤种、催化剂等工艺参数进行调整，以获得较高的产量和合理的成本。
二、催化剂2.1 催化剂类型催化剂的选择对于煤制天然气的催化反应速率和转化率具有重要影响。
目前，常用的催化剂包括金属氧化物、阳离子交换树脂、盐酸等。
其中，金属氧化物催化剂具有较高的催化活性和稳定性，是较为常用的催化剂类型之一。
催化剂的配方包括活性组分的选择和比例的控制，对于其催化活性和稳定性均具有影响。
目前，常用的活性组分包括Ni、Fe、Co等金属，其中Ni常常被用作主要活性成分。
此外，催化剂制备的过程也具有影响，如加热条件、沉淀剂、光照等。
催化剂载体的选择对于催化剂的活性和稳定性具有影响。
目前，常用的载体包括γ-Al2O3、MgO等，其中γ-Al2O3是较为常用的载体类型之一。
载体的孔径分布、比表面积、活性组分的分散度等均会影响催化剂的活性。
焦炉煤气制天然气甲烷化工艺路线比较
是 甲烷 化反 应 能 够持 续 稳 定 进行 下 去 的关 键 。有
些 设 计 单位 采 用 等 温列 管 反 应 器 工艺 。催 化 剂 可 装 在管 中 。水在 壳程 （ 太原 理工 大 学）或 是催 化剂
可装 在壳程 。水在 管 中 （ 上 海华 西 ） 。甲烷 化反 应 时 ．通 过 管程 或 壳 程里 面 的水 的沸 腾 移 热 ，产 生 高 品 质蒸 汽 来 控制 反 应 的温 升 ，集 反 应器 与废 锅
能耗 高 ，投 资大 。
１ ． ２ 绝热 多段 固定 床 “ 一次 通 过” 工艺
该 工 艺 是 通 过 往 一 段 甲 烷 化 中加 入 体 积 分
图 ２ 绝热多段 固定床 “ 一次通过”工艺流程
数 ≥１ ５ ％的水 蒸 气 来 控 制 甲烷 化反 应 的 温 升及 结
炭 ，无 需反 应 工 艺 气段 间循 环 。 “ 一 次 通 过 ”流
和ｃ ｏ ： 含量 很 低 ，几 乎 检 测不 出 ，省 略 了后 续脱
碳 工序 。 目前 甲烷 化 工 艺 路 线 有 绝 热 多段 固定 床 工 艺
和等 温列 管水 冷反 应器 工艺
图 １ 绝热 多段 固定床循环工艺流程
１ 绝热 多段 固定床 工艺
绝 热 多 段 固定 床 工 艺 是 针 对 合 成 气 Ｃ Ｏ体 积 分数 大于 ７ ％而开 发 的 甲烷化 工 艺 该 工艺 可有 效 程 ，无 需 设 置 循 环 压 缩 机 ，工 艺 简 单 ，设 备 少 ，
第 ３ ３卷 第 ５ 期
２ ０１ ５ 年 ５ 月
化
学
工
煤气化技术应用于煤制天然气比较与选择
蒸汽 消耗 同产化
高
高
副产蒸汽
最分 殳 需引进设 备 全部同产 全部国产 备需 引进 备 需引进 相 对较多 化 化
煤制天然 气装
置总投 资
低
较高
最高
高
低
低
（ ２ ） 技术成熟先进性 。Ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ 技术在 国内运行多年 ， 运行 成 熟可靠。ＭＫ ＋ 鲁奇在 ＭＫ Ｖ基础上升级 的炉型 ， 技术先进 ， 但在 国内还没有实 际运行经验。航 天炉 １ ５ ０ ０ ｔ 级的炉型 已在 国内开
图１ 间 接 甲烷 化 流 程 示 意 图 主要 由 ４个 工 艺 过 程 组 成 ： 煤气 化 、 变换 、 净化 、 甲烷化。
气化煤 种
褐煤到无烟
煤
褐煤到
无娴煤 ２ ０ — ６ ０
９ｏ 。～１ ０５ ０
褐煤到 褐 煤到 无
无烟煤 ２ ０ － ４ ０ ｌ ３ ０ ０ ～
３ ｏ ｏ ０
氧气 ｆ煤粉
２ ㈣
氧气 干煤粉
ｌ ５ ０ ０
氧 Ｃ 十煤粉
２ ２开 ２备 高
９开 １ 备 高
６开 低
８开 低
１ ０开 １备 低
１ ０ 低
合成气 中甲烷
含量组 分
图 ２ 直 接 甲烷 化 流 程 示 意 图 直接 甲烷化 的优势在于不需要空分单元 ．因此有较 少的
废水排 放
氧耗
多
少
多
最 少
少
少
少
多
少
多
少
最多
能量损失 以及较低的投资 。 麻省理工通过实验测得其能量转换 效 率能达到 ７ ０ ％， 而且随着催 化剂 的发展能效还能提高ｌ 】 １ ． 此项 技术 目前处于在实验 阶段 ， 还未工业化。 ２ 煤气化技术发展现状与不 同技术比较 ２ ． １ 煤气化技术发展现状 国外煤气 化技术起 步于 １ ７ ８ ０年 ．至今 已有 ２ ０ ０多 年历
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关于煤制天然气工艺的比较
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1煤制天然气的开发状况
1.1国外煤制天然气的开发状况
煤制天然气的核心技术除气化技术以外，还有甲烷化技术，气化技术已经非常成熟，甲烷化技术是在煤气化的基础上，进行煤气甲烷化，鲁奇公司、沙索公司在两个半工
业化实验厂上进行考察认为煤气进行甲烷化，可制取合格的代用天然气。
在国外，美国大
平原煤气化厂已投产，它是世界上第一座由煤气化经甲烷化合成高热值煤气的大型商业化
工厂。
第1期工程的设计能力为日产代用天然气3890km3（相当于日产原油20k桶），于1980年7月破土动工，1984年4月完工并投入试运转，1984年7月28日生产出首批代用天然气并送入美国的天然气管网。
丹麦的托普索公司近期也推出了煤制天然气技术，该技术采用托普索自己的专用催化剂。
据声称，该公司的煤制天然气技术已经应用在美国伊利诺斯州杰斐逊的1个煤气化工厂，这个煤气化工厂将于2010年投入运行，届时每年可将约4000kt煤炭转化为天然气。
1.2国内煤制天然气的开发状况
在80年代，国内开始开展“水煤气甲烷化技术生产城镇燃气的研究”，“城市
煤气甲烷化”的研究，当时主要用来解决城市煤气热值问题，承担这个课题的单位有：中
国科学院大连化物所、中国科技大学、西北化工研究所、华东理工大学、煤炭部北京煤化
所，沈阳煤气化所，经过多年的科技攻关，取得了生产中热值城市煤气的系列煤气甲烷化
技术。
即：常压水煤气甲烷化技术、耐硫甲烷化技术，并达到世界先进水平。
并利用常压
水煤气甲烷化技术建厂10多座，其精脱硫催化剂、脱氧剂和常压甲烷化催化剂成为国家
级新产品，甲烷化催化剂获优秀发明专利一项、国家发明三等奖、中科院科技进步一等奖、省市级奖3项；精脱硫剂获优秀专利1项，国家发明二等奖1项，脱氧剂发明专利一项，获辽宁省科技进步二等奖。
后因出现价格相对低廉的液化气，天然气，取代了城市煤气，
常压水煤气的生产厂纷纷被迫停产，此项技术渐渐淡出人们的视线。
2托普索技术简介
托普索公司提供了一种有竞争性的工艺，能够从廉价的含碳原料中生产替代性天
然气（SNG），SNG中富含甲烷，可以同天然气相互替代并以相同方式进行输送。
（1）煤在氧气和水蒸气存在条件下气化生成富含氢气和一氧化碳的气体。
（2）酸转化（变换反应）可以调节氢气和一氧化碳的比例，将有机硫转换为无
机硫，变换催化剂是耐S的（S含量可达50×10-6-5%），温度范围：200～500℃。
（3）酸性气体脱除：在洗涤工艺中可脱除。
富含硫化氢的气流经过进一步处理，
可以将含硫尾气转化成浓缩硫酸（WSA工艺），95%～99.7%的S回收转化成硫酸且无废水产出。
（4）碳氧化物与氢气在甲烷化装置中反应生成甲烷，然后通过干燥和适当压缩
以达到管线所要求的条件。
3托普索工艺
在托普索工艺中，上面的反应方程式在绝热反应器里进行。
反应热（合成天然气
反应热占合成气反应热值的20%），可以导致高的温增，利用循环可以用来控制在第1个甲烷化反应器的温增。
3.1 流程叙述
煤、焦炭或生物质经过气化后生成粗合成气，经过耐硫CO变换，利用低温甲醇洗涤脱除酸性气体CO2和H2S，酸性气体进入焚化炉和SO2转换器生成SO3，经过浓缩塔
后冷却，用酸泵打到储罐，脱除后的合成气（温度325℃）进入反应器1（固定床，填有托普索MCR-2催化剂），第一反应器出口气体温度650℃，CH4含量57%，被两段冷却，一部分循环与原料气混合，另一部分进入反应器2继续甲烷化反应，出口温度494℃，CH4含量80%，经过高压锅炉后进入反应器3，出口温度342℃，CH4含量94%，经过冷凝和压缩可以并入天然气管网。
3.2托普索MCR-2催化剂介绍
托普索公司提供催化剂和基于独立开发的技术。
托普索在利用结合知识方面处于
1个独特的位置。
高温甲烷化催化剂MCR-2的开发顾及到1个独特的技术因素，例如高的
能量利用效率和独特的催化剂形状以保证低的压力降。
通过45000h多的运行操作来保证
其长期的稳定性，MCR-2催化剂寿命大约4a。
4大连化物所常压煤制天然气技术
4.1概况
常压水煤气部分甲烷化生产城镇煤气新技术是中国科学院大连化学物理研究所
开发的科技成果。
它以常压水煤气为原料，经过净化和甲烷化直接得到3500大卡/m3合格的城市煤气，如增加脱碳工艺可提到4000大卡/m3以上。
该成果已于1987年7月通过专家鉴定，并由国家计委确定分别在上海市青浦县和辽宁省瓦房店市建设规模为日产30～4 0km3管道煤气示范厂。
该反应在甲烷合成温度下，达到平衡是很慢的。
当有碳沉积产生时会造成催化剂的失活。
根据热力学平衡，离开反应器的气体混合物组成决定于原料气的组成、压力和温度，反应气体中二氧化碳含量的增加，将使达到平衡时甲烷的含量降低，一氧化碳含量升
高，随反应温度的升高，平衡时甲烷的含量低，一氧化碳和二氧化碳含量增加。
提高压力
将使平衡时的甲烷含量增加。
4.2 常压煤制天然气的工艺路线
常压水煤气甲烷化催化剂是合成气经精脱硫后再甲烷化.
4.3 常压煤制天然气的工艺技术特点
（1）其发明的3018高硫容改性活性炭精脱硫新工艺。
它具有能深度脱除无机硫
和有机硫，操作方便，不产生污染等特点，具有世界领先水平，曾获2001年度国家发明二等奖。
已在全国4大油气作为初脱和精脱。
（2）采用抗CO中毒贵金属脱氧剂，已有在高浓CO气源中工业使用8a的业绩，活性高，CO不歧化，该技术获辽宁科技进步奖。
（3）采用其首创的常压甲烷化催化剂。
具有高活性，高选择性，抗结炭，抗“飞
温”等优良特性，具有国际先进水平。
（4）导热油沸腾排热反应器。
具有传热效率高，一台反应器即可完成甲烷化反
应。