煤制替代性天然气高温甲烷化工艺分析
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摘要 与传统煤化工业相比较，我国新型煤化工正处于重要的发展阶段，但是对于各种产品都存在着明显的发展障碍，许多品种已经接近实现跨越式发展。我国的能源禀赋是少气、贫油与富煤，煤炭的一次能源消费比重接近百分之七十，我国是当前几个以煤炭为主要能源的国家。为了推动我国工业化、城镇化的进程不断加快，天然气等清洁能源的消费比例将会大大提高。文章将对托普索甲烷技术、davy甲烷技术、鲁奇甲烷化技术进行分析，希望对于煤制替代型天然气高温甲烷化工艺有所增益。
中图分类号 TE6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0097-02
对于天然气生产成本进行测算，通过对比分析可知煤制替代性天然气项目全部具有竞争力，特别是一些西北部地区的天然气项目，其价格竞争优势明显高于从中亚进口的天然气。与进口的液化天然气价格相比，新疆、内蒙古以及山东等地区建设的煤制替代性天然气项目完全可以与新增进口LNG相竞争。
根据测算可知，煤质天然气的出厂价格如果高于每立方1.6元的话，就会收到较高的经济效益，如果市场条件影响到天然气涨价预期变得强烈，由此煤制替代性天然气项目具有较为美好的前景。当前国内天然气价格偏低，还具有较大的上升空间，对于许多能源企业对于天然气项目较为热衷的最大原因，由于容易受到油价波动的影响，国际天然气的进口价格明显要高于国内价格，根据相关测算，中亚天然气出口到国内首站霍尔果斯的价格为每立方米2元以上，再加上运输费等到达个城市门站要达到每立方米3元以上，这一价格明显的高出西气东输一线到达各城市门站的价格。综上所述，发展煤制替代性天然气与其他煤化工产品相比更有优势，其能量转化率最高，目前国内将煤炭转化为能源产品的方式有发电、煤制油、煤制甲醇和二甲醚、煤制替代性天然气等，能量效率由低到高为：煤制油(34.8%)、煤制二甲醚(37.9%)、煤制甲醇(41.8%)、发电(45%)、煤制替代性天然气(50%～52%)。煤制替代性天然气的能量效率最高，是最有效的煤炭利用方式，也是煤制能源产品的最优方式。从单位热产值来看更加节水，是一种对于西部地区发展新型煤化工最有意义的工艺。更加环保，煤制替代性天然气可以大大的降低锅炉与发电产生的二氧化碳排放量。其运费更低，可以大规模的进行管道输送，特别是正在建设的西气东输三线可以有效的解决许多西部地区煤气项目的产品运输问题。从方方面面来看，煤制替代性天然气都具有较高的优势。
1 煤制替代性天然气高温甲烷化工艺
利用褐煤等劣质煤炭，通过煤气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、高温甲烷化工艺等流程来实现，生产出替代性的天然气，而根据不同的煤种确定不同的气化技术，包括空分装置与硫回收装置的选用。以BGL为例子，其气化流程主要包括以下一些步骤：经过备煤单元对原煤进行处理之后，再通过煤锁输送进气化炉中，从气化炉的下部喷入蒸汽与来自空气中的氧气作为气化剂，煤与气化剂在气化炉中逆流接触后，经过干燥、干馏与气化三个步骤后，煤会生成粗合成气，其主要成分为氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等，经过急冷、洗涤之后，粗合成气被送入变换单元中，经过部分变换与工艺废热回收之后，粗合成气进入了酸性气体脱除单元，粗合成气经过酸性气体脱除单元后，将硫化氢、二氧化碳以及其他杂质脱除后再进入甲烷化单元中，在该单元内原料气经过预热之后送入了硫保护反应器中，在完成脱硫程序之后再进行甲烷化反应，该程序在甲烷化反应器中进行，天然气产品经过检验后达到相关标准，经过压缩干燥之后输送进天然气管网中。可以说煤制替代性天然气的制作过程中高温甲烷化是其中最为关键的技术之一。
2 托普索甲烷化技术
作为上世纪七十年代后期的关键技术，丹麦托普索公司所研发的甲烷化技术发展至今，可以说是形成了系统化的甲烷化循环工艺，其操作经验丰富，并且工艺验证的实质性较好，为了使得这一技术能够有效的应用于商业化，该工艺已经在半商业规模的基础上不断发展，已在新疆庆华能源集团有限公司成功试车并生产出合格天然气，其天然气产品的质量较高。在该工艺中，通过绝热条件下的反应，其所产生的热量可以使得温度有很大的提高，通过循环来有效的控制两个第一甲烷化反应器的温度，一般来说该工艺包括如下几个反应器，两个第一甲烷化反应器，第二绝热反应器、第三绝热反应器、第四绝热反应器，为了更好回收余热设两台高压废锅副产5.0MPa蒸汽，在循环回路上设低压废锅副产低压蒸汽，设计合理的中压过热蒸汽变饱和蒸汽、中压蒸汽变低压蒸汽系统，通过生产实践验证托普索技术成熟可靠，操作弹性大、触媒温度较宽、稳定性较强、余热回收率高、循环气利用率高、温度较平稳，另外在其他一些情况下可以通过四个绝热反应器来进行优化选择，在一些特定的条件下，通过一个喷射器可以有效的替代循环压缩机，除了一些核心技术之外，由于甲烷的生产过程中会释放大量的热量，因此如何利用与回收甲烷热量逐渐成为一个非常关键的技术，托普索技术可以循环利用这些热量，在生产天然气的同时可以产出高压过热蒸汽。
3 Davy甲烷化技术
自上世纪九十年代开始，该工艺技术不断的将CRG技术转化为对外转让许可的专有权，并且不断的开发应用，包括最新版的催化剂，该工艺技术不仅具有托普索工艺所产生的高热量等优点，还包括如下几个优势：其催化剂是经过工业化验证的，拥有许多美国大平原的优点，其催化剂的功能优越，合成气不需要经过调节H/C比，具有较高的转化率。由于催化剂的使用范围较宽，可以在温度较高的情况下保持较高和稳定的活性。
4 鲁奇甲烷化技术
作为鲁奇公司、南非沙索公司于上世纪共同开发出来的甲烷化技术，在刚开始时是在两个半工业化试验场上进行试验的，对于煤气可进行甲烷化并且只去合格的天然气，鲁奇甲烷化技术可以百分之百的转化一氧化碳，而二氧化碳的转化率高达98%，低热值也是其优势之一，可以有效的满足天然气的需求。
5 结论
我国的能源结构是缺油、少气、富煤，天然气长期供不应求，而煤制替代性天然气可以有效的缓解这种供需矛盾。文章对于煤制替代性天然气高温甲烷化工艺进行分析，对于三种主要甲烷化技术进行探讨，当前国内天然气价格偏低，还具有较大的上升空间，对于许多能源企业对于天然气项目较为热衷的最大原因，我国发展煤制替代型天然气的前景非常开阔，希望文章的介绍对其发展有所增益。
参考文献
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