焦?fàn)t煤氣甲烷化制天然氣.ppt

焦?fàn)t氣甲烷化制天然氣 主要內(nèi)容 一 焦?fàn)t氣甲烷化制天然氣的原因二 甲烷化原理三 焦?fàn)t煤氣甲烷化制天然氣工藝 一 焦?fàn)t氣甲烷化制天然氣的原因 我國的能源結(jié)構(gòu)是 缺油 少氣 富煤 煤炭資源相對豐富 煤化工發(fā)展迅速 根據(jù)我國石油天然氣總公司預(yù)測 2015年常規(guī)天然氣生產(chǎn)量為1780億立方米 天然氣需求量為2400億立方米 供需缺口為620億立方米 2010 2020年期間 我國天然氣需求量受城市氣化率的提高以及天然氣替代工業(yè)燃料領(lǐng)域消費(fèi)的驅(qū)動(dòng)將大幅度增長 消費(fèi)結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化 天然氣的價(jià)格這幾年一直穩(wěn)中有升 今后幾年 隨著市場需求的進(jìn)一步增加 價(jià)格仍將有所提高 利用該契機(jī) 積極發(fā)展焦?fàn)t煤氣制天然氣 SNG 用于替代天然氣或城市煤氣 不僅可以降低進(jìn)口天然氣市場給我國帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn) 滿足日益增長的市場需求 而且對我國的能源安全 節(jié)能減排等方面也具有戰(zhàn)略意義 二 甲烷化原理 主反應(yīng) CO 3H2 CH4 H2O H 206 2kJ molCO2 4H2 CH4 2H2O H 165 08kJ molCO H2O CO2 H2 H 41 2kJ mol副反應(yīng) 2CO CO2 C H 72 4kJ molCH4 2H2 C H 82 4kJ mol 甲烷化反應(yīng)特點(diǎn)主要有兩個(gè) 其一是CO CO2與H2的甲烷合成反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng) 其二是CO和CH4的析碳反應(yīng)會(huì)使催化劑失活 針對其反應(yīng)特點(diǎn) 需要研發(fā)活性高 選擇性好 強(qiáng)度高 壽命長的甲烷合成催化劑 保證焦?fàn)t氣中CO和CO2轉(zhuǎn)化的完全性 三 焦?fàn)t煤氣甲烷化制天然氣工藝 1 原料氣凈化和精脫硫2 甲烷化3 分離和干燥 1 原料氣凈化和精脫硫 經(jīng)過焦化廠初步處理后的焦?fàn)t煤氣仍然含有微量焦油 苯 萘 氨 氰化氫 Cl 不飽和烯烴 硫化氫 噻吩 硫醚 硫醇 COS和二硫化碳等雜質(zhì) 而焦?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的活性 由無機(jī)硫與有機(jī)硫組成的混合硫化物也是甲烷化催化劑的毒物 因此會(huì)導(dǎo)致甲烷化催化劑永久性中毒而失活 初步凈化后的焦?fàn)t煤氣要想進(jìn)行甲烷化反應(yīng) 實(shí)現(xiàn)硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0 1 10 6 就必須選擇 精脫硫 以達(dá)到甲烷化反應(yīng)所要求的凈化精度 凈化和精脫硫的目的 原料氣凈化的目的是脫除焦?fàn)t煤氣中的硫 氨 氯 苯 焦油等雜質(zhì) 保證后系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定正常運(yùn)行 精脫硫的目的是為了滿足甲烷化催化劑對硫和氯等毒物的要求 一般采用鐵鉬或鎳鉬加氫 將焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫 再用氧化鋅脫除至0 1ppm 焦?fàn)t煤氣凈化的方法 干法 干法凈化主要針對處理氣量相對較小 硫化氫含量相對較小 凈化深度要求高的情況 濕法 濕法凈化主要針對處理氣量相對較大 硫化氫含量較高 凈化深度要求不高的情況 在實(shí)際中選擇干法還是濕法時(shí)必須綜合考慮以上因素才能最終確定 焦?fàn)t煤氣凈化的工藝流程 氣柜自洗脫苯工段來的焦?fàn)t煤氣溫度為27 壓力為700mmH2O 由總管送至本工段 經(jīng)進(jìn)氣水封進(jìn)入濕式螺旋式氣柜 緩沖后再經(jīng)出氣水封由管道送至壓縮工段 焦?fàn)t煤氣初級壓縮來自氣柜氣體進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)組 壓縮至0 4MPa 送往TSA 萘進(jìn)一步除去焦?fàn)t煤氣中夾帶的焦油 萘 TSA 除焦油 萘焦?fàn)t煤氣中夾帶的焦油 萘的脫除采用TSA 除焦油 萘工藝 變溫吸附分離原理 吸附劑在物理吸附中所具有基本性質(zhì) 一是對不同組分的吸附能力不同 二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附溫度的上升而下降 利用吸附劑的這二個(gè)性質(zhì) 可實(shí)現(xiàn)對混合氣體中某些組分的優(yōu)先吸附而使其它組分得以提純 利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì) 可實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫下吸附而在高溫下解吸再生 從而構(gòu)成吸附劑的吸附 與再生循環(huán) 達(dá)到連續(xù)分離氣體的目的 吸附塔內(nèi)裝填活性炭吸附劑組成復(fù)合床吸附床層 吸附劑在常溫下吸附焦?fàn)t煤氣中的萘雜質(zhì) 當(dāng)吸附達(dá)到飽和后 需通過裝置配置的閥門開關(guān)切換到再生操作 原料氣增壓經(jīng)過TSA 除焦油 萘 焦?fàn)t煤氣中萘 塵 焦油分別脫至10 3 10mg Nm3 進(jìn)入原料氣增壓機(jī)組 壓縮至2 9MPa 送往加氫轉(zhuǎn)化脫硫 加氫轉(zhuǎn)化精脫硫加氫轉(zhuǎn)化精脫硫?yàn)橐患壖託浜蟛捎脻穹摿蛎摮蟛糠譄o機(jī)硫 然后經(jīng)過二級加氫 最后采用氧化鋅干法脫硫 使硫含量達(dá)到0 1ppm 其主要反應(yīng)為有機(jī)硫及其他組分在300 400 并有鐵鉬和鎳鉬型號(hào)的催化劑的作用下與氫氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng) 來自焦?fàn)t煤氣壓縮的壓力2 9MPa 溫度40 的焦?fàn)t煤氣含無機(jī)硫250mg Nm3 有機(jī)硫250mg Nm3 先經(jīng)過兩 臺(tái)過濾器濾去剩余的焦油 萘和H2S 在甲烷化裝置中預(yù)熱至320 提溫后的氣體部分經(jīng)鐵鉬預(yù)轉(zhuǎn)化器 氣體中的有機(jī)硫在此轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫 另外 氣體中的氧也在此與氫反應(yīng)生成水 剩余部分與預(yù)轉(zhuǎn)化器反應(yīng)后的氣體混合后進(jìn)入一級加氫反應(yīng)器 加氫轉(zhuǎn)化后的氣體含無機(jī)硫約300mg Nm3 經(jīng)氣氣換熱器和焦?fàn)t氣蒸發(fā)式冷卻器冷卻到40 后送入濕法脫硫裝置 經(jīng)過濕法脫硫后的焦?fàn)t煤氣通過氣氣換熱器提溫到約300 進(jìn)入二級加氫轉(zhuǎn)化器將殘余的有機(jī)硫進(jìn)行轉(zhuǎn)化 再經(jīng)中溫氧化鋅脫硫槽把關(guān) 使氣體中的總硫達(dá)到0 1ppm 出氧化鋅脫硫槽的氣體壓力約為2 8MPa 溫度約為380 送往甲烷化裝置 2 甲烷化 甲烷化是整個(gè)工藝的核心 其作用是通過甲烷化反應(yīng) 將焦?fàn)t煤氣中的CO CO2 H2轉(zhuǎn)化成甲烷 經(jīng)過甲烷化后甲烷含量可提高8 10 且CO CO2都可降至10ppm以下 國內(nèi)甲烷化技術(shù)只是做了大量的試驗(yàn)和示范裝置 到目前為止沒有一家可供參考的大型工業(yè)化裝置 其穩(wěn)定性和可靠性需進(jìn)一步驗(yàn)證 國外戴維 托普索技術(shù)已簽訂了焦?fàn)t煤氣甲烷化制天然氣項(xiàng)目的技術(shù)合同 相關(guān)項(xiàng)目已在建 托普索在煤制天然氣領(lǐng)域積累了大量工業(yè)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) 所以主要介紹一下托普索甲烷化技術(shù) 凈化后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過氣氣換熱器 第二氣氣換熱器換熱 預(yù)熱至340 后 經(jīng)過噴射器和過熱蒸汽混合后 進(jìn)入第一甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng) 出口一部分氣體經(jīng)過廢熱鍋爐副產(chǎn)中壓飽和蒸汽降低溫度至290 另一部分經(jīng)過兩級蒸汽過熱器換熱后溫度降低至383 然后混合進(jìn)入第二甲烷化反應(yīng)器進(jìn)一步進(jìn)行甲烷化反應(yīng) 第二甲烷化反應(yīng)器出口的高溫氣體依次經(jīng)過第二氣氣換熱器 鍋爐給水預(yù)熱器 氣氣換熱器 第一空冷器降溫至100 在第一冷凝液分離器分離未反應(yīng)的蒸汽冷凝液 然后與第三甲烷化反應(yīng)器出口氣 體換熱至255 進(jìn)入第三甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行最終反應(yīng) 這時(shí)氣體中的CO CO2全部轉(zhuǎn)化為CH4 第三甲烷化反應(yīng)器出口氣體依次經(jīng)過出口換熱器 第二空冷器 最終水冷器冷卻至40 在第二冷凝液分離器分離出工藝?yán)淠汉笏椭罰SA CH4 副產(chǎn)的過熱蒸汽一部分作為噴射器的汽源補(bǔ)充至焦?fàn)t煤氣原料氣中 其余部分送至蒸汽管網(wǎng) 分離器分離出的工藝?yán)淠核统鲅b置作為循環(huán)水的補(bǔ)充水 3 分離和干燥 分離的目的是將甲烷化合成后的合成氣 主要為甲烷和氫氣 進(jìn)入變壓吸附或膜分離裝置按產(chǎn)品質(zhì)量要求進(jìn)行分離 分別得到富甲烷的天然氣和富氫氣體 甲烷氣分離技術(shù) 變壓吸附PSA技術(shù) 是近30多年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新型氣體分離與凈化技術(shù) 變壓吸附技術(shù)投資少 運(yùn)行費(fèi)用低 產(chǎn)品純度高 操作簡單 靈活 環(huán)境污染小 原料氣源適應(yīng)范圍寬 分離過程操作簡單 自動(dòng)化程度高 設(shè)備不需要特殊材料等優(yōu)點(diǎn) 吸附分離技術(shù)最 廣泛的應(yīng)用是工業(yè)氣體的分離提純 氫氣在吸附劑上的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CH4 N2 CO和CO2等常見的其他組分 所以變壓吸附技術(shù)被廣泛應(yīng)用于氫氣的提純和回收領(lǐng)域 膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)是根據(jù)兩種或兩種以上的氣體混合物通過高分子膜時(shí) 由于各種氣體在膜中溶解度和擴(kuò)散系數(shù)的差異 導(dǎo)致不同氣體在膜中相對滲透率之不同 將各種氣體分為 快氣 和 慢氣 當(dāng)混合氣體在驅(qū)動(dòng)力 膜兩側(cè)的壓力差作用下 滲透 速率相對較快的氣體如水 氫氣 氦氣 硫化氫 二氧化碳等透過膜后 在膜的滲透側(cè)被富集 而滲透速率相對較慢的氣體 如 甲烷 氮?dú)?一氧化碳 氧氣和氬氣等氣體則被膜滯留在膜的滯留側(cè)被富集 從而達(dá)到混合氣體分離之目的 甲烷氣干燥方法 冷分離法 冷分離法是利用壓力變化引起溫度變動(dòng) 使水蒸氣從氣相中冷凝下來的方法 固體吸收法 固體吸附法脫水工藝是用多孔性的固 體吸咐劑處理氣體混合物 使其中所含的一種或數(shù)種組分吸附于固