焦爐煤氣制天然氣之甲烷化技術現狀

毛玲玲

身份證號：411325198901042329

焦爐煤氣制天然氣之甲烷化技術現狀

毛玲玲

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由于我國天然氣資源的匱乏，利用焦爐煤氣制取天然氣的技術正得到越來越廣泛的關注。與焦爐煤氣制取甲醇、合成氨等工藝路線相比，焦爐煤氣制取天然氣具有投資低、經濟效益好等優勢，其副產物氫氣也可聯產合成氨，所以，從焦爐煤氣制取天然氣是焦爐煤氣綜合利用的發展方向。甲烷化技術可以增加天然氣的產量，但工藝較為復雜，非甲烷化技術的優點是工藝簡單，但還需進一步提高甲烷收率以增強其技術競爭力。

焦爐煤氣；甲烷化；技術應用

作為世界最大的焦炭生成國，我國焦化企業每年會副產約1000 億m3焦爐煤氣，除用于自身加熱及煤氣生成的，還有近300億m3剩余，資源浪費嚴重，給環境也造成了極大污染。而相對應的，我國天然氣的資源稀少，存在很大缺口，從這點來講在焦爐煤氣甲烷化技術下將焦爐煤氣制成清潔的天然氣能源是國家規劃中的一個關鍵戰略布局。

1 國內焦爐煤氣及天然氣現狀分析

1.1 焦爐煤氣的主要成分

焦爐煤氣作為焦炭生產過程中的一種副產品，隨著煉焦工業的迅速發展，其產生量也呈現出逐漸增長的趨勢。凈焦爐煤氣的主要成分如表1所示。

1.2 焦爐煤氣甲烷化利用的可行性分析

焦爐煤氣中含有大量的氫氣、甲烷以及一氧化碳，通過甲烷化反應，提高熱值，將大部分的氫氣與一氧化碳、二氧化碳轉化為甲烷，之后進行分離、提純，就可以得到甲烷體積分數在百分之九十以上的SNG(合成天然氣)，SNG經過壓縮后就會成為CNG(壓縮天然氣)，SNG經過液化后就會成為LNG(液化天然氣)。液化天然氣是一種新興的清潔型能源，不僅具有性能高、熱值大等優點，也可以在很大程度上節約遠距離運輸成本以及儲存空間，受到了越來越多的青睞，目前，有很多國家紛紛將液化天然氣作為首選燃料。

2 焦爐煤氣甲烷化技術

焦爐煤氣通過凈化脫除苯、萘、重碳氫化合物、硫化物后，壓縮，換熱，再在催化劑作用下，進行甲烷化反應，使COG中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應生成甲烷，得到以甲烷為主的混合氣；然后使用PSA(變壓吸附)法、膜分離法或低溫精餾法，分離混合氣中的甲烷，制得SNG(合成天然氣)、CNG(壓縮天然氣)或LNG(液化天然氣)。

2.1 耐高溫甲烷化工藝

此工藝主要通過三到四個甲烷化爐來完成，在溫度化學平衡限制理論下，在多個甲烷化爐內通過換熱器進行熱量的回收，當甲烷化反應達到平衡之后，通過過熱蒸汽來進行離心壓縮機的驅動。此工藝設備簡單，投資少，熱量的利用率高，工藝操作擁有較大彈性。

2.2 低溫甲烷化工藝

此工藝主要分耐硫及非耐硫兩種工藝，兩種工藝的區別主要為脫硫精度不同，耐硫工藝總硫使用量約為10×10-6，而非耐硫工藝則需要脫硫至0.1×10-6以下。低溫甲烷化工藝流程中，使用大量的原料氣來進行循環，各工序下，反應爐溫度需保持在450℃以下，確保甲烷化爐中CO及CO2含量小于3%，這樣才能更好控制甲烷化爐溫度。

2.3 焦爐煤氣甲烷化

焦爐煤氣甲烷化是天然氣制備工藝中最總要的一道工序。在此工序中甲烷化主要發生了如下反應：

在甲烷化反應中，選擇性催化這種反應最典型。應用不同催化劑及催化工藝，就會生成不同產物，當前微晶鎳用作甲烷化催化劑比較多。

2.4 技術的比較

由于CH4的物理性質和CO、CO2相近，傳統的變壓吸附法、膜分離法、低溫精餾法等很難一步脫除焦爐煤氣中的CO和CO2，若采用兩步法分別脫除，甲烷的收率則較低。甲烷化技術的優點是，通過進行甲烷化反應，將無用的CO和CO2轉化為甲烷，這樣既達到了脫除雜質氣體的目的，又可以增加天然氣的產量，所以，該技術是當下的研究熱點。但由于甲烷化反應放熱量較大，操作溫度就較高，所以甲烷化反應器的設備要求也較高，此外，還需將部分產品氣循環或采用多級甲烷化反應器，增加了工藝的復雜性。非甲烷化技術的甲烷產率低于甲烷化技術，其優點是工藝簡單，技術成熟，投資和操作費用低。

3 焦爐煤氣甲烷化利用技術的進展

目前，國內掌握相關技術的主要有：中科院大連化學物理研究所、西南化工研究設計院、武漢科林精細化工有限公司、新奧集團等，并陸續建成多套焦爐煤氣合成天然氣裝置。較早建成的裝置多采用國外技術，如2012年投產的內蒙古恒坤化工有限公司LNG項目，采用英國DAVY-CRG技術，天然氣產量1.2億m'/a；2012年投產的內蒙古烏海華油天然氣公司制LNG項目，采用丹麥Topsoe-TREMPTM技術，天然氣產量3.3億m'/ao由于采用國外技術專利費用較高，自2013年后建成的裝置多采用國內自主研發的焦爐煤氣甲烷化技術。新奧集團專業從事煤炭清潔能源領域的技術研發，2006年完成甲烷合成小試，2010年中試通過河北省項目成果鑒定，2013年首個采用新奧專利技術的河南京寶焦爐煤氣制LNG項目一次試車成功，并平穩運行至今。

綜上所述，我國焦爐煤氣產量大，但是天然氣資源卻嚴重短缺，焦爐煤氣制天然氣適合我國當前能源現狀，也是必須大力推廣的一種能源轉換技術，這種技術同國家能源政策相符合，可對工業廢氣充分利用，節能減排，經濟效益巨大。但是當前焦爐煤氣甲烷化技術在我國發展還不成熟，工藝穩定性及可靠性都需要進一步驗證，今后應重點研究更為高效穩定的催化劑，完善焦爐煤氣甲烷化工藝，讓其工藝水平不斷提高，力求在確保工藝可靠穩定基礎上，實現效益最大化。

[1]來翊，劉金剛，劉振峰，吳迪鏞.焦爐煤氣制天然氣工藝中甲烷化的仿真系統[J].計算機仿真，2011，12：380-384.

[2]李旭.我國焦爐煤氣制天然氣技術的進展[J].廣州化工，2016，09：30-31+64.