煤制天然气的工艺流程浅析

　　摘要：随着人们生活水平的提高，对居住环境的要求也日益提高，在这个背景下人们对优质清洁能源天然气的需求也急剧攀升，其在能源结构中的比例迅速增加。中國天然气储量不足、产能有限的能源现状，导致天然气供需矛盾日益突出。基于此本文探讨了煤制天然气的特点，分析了煤制天然气的预处理工艺及工艺流程。

　　关键词：煤制天然气;工艺流程

　　引言

　　煤制气项目对工业快速发展具有一定的必要性;对于人们生活质量的提高也具有重要的意义。特别是煤制天然气项目，它具有广阔的发展空间和光明的发展前景。从技术上说：煤制气技术中，SNU技术效率高而且环保，在煤制天然气技术上我国也有所突破。随着市场油价的增长，煤制天然气发展空间很大，同时国家政策又给予有利的鞭策及支持，这使煤制气更“健康而茁壮成长”。

　　能源方向论文范例：天然气储运技术及其应用发展前景探讨

　　1.煤制天然气的特点

　　煤制天然气工艺一般包括气化、净化、合成干燥等单元，配套空分、硫回收、冷冻、动力站和公用工程等。SNU作为经化工工艺加工生产的天然气，其气质组成与管道天然气相比有着明显差异。

　　(1)SNU经过了严格的脱硫工序，基本不含硫。在净化单元，粗合成气经过变换和低温甲醇洗，大部分含硫化合物、CO2等杂质被脱除，总硫含量可以降低到0.lmg/mj以下，CO2摩尔分数可以降低到1%以下。由于甲醇洗在低温下进行，粗合成气中可能含有的微量轻烃也被液化或吸收。考虑到甲烷化催化剂不耐硫，合成气在进行甲烷合成前，还要经过脱硫槽，将硫含量控制在30μg/mj以下。因此，SNU中的总硫含量远低于管道天然气。

　　(2))SNU的CO2摩尔分数很低，通常在1%以下。原因是大部分在净化单元己被脱除，剩余少量CO2和H：在甲烷合成单元可以反应产生CH4。管道天然气因产地不同，CO2摩尔分数通常在千分之几到百分之几的范围，根据UB/T37124-2018《进入天然气长输管道的气体质量要求》，CO2摩尔分数在3.0%以下即可进入管道。

　　(3)SNU的CH4体积分数一般高于管道天然气，而非甲烷烃类的很低，仅为10级，这与其采用合成气经甲烷化合成工艺有关。管道天然气的非甲烷烃类摩尔分数通常在百分之几，远高于SNG。

　　(4)SNU通常含有百分之几的氢，原因是在甲烷合成单元，为了保证CO全部参加反应，H2一般是过量的。管道天然气中氢含量远低于SNG。

　　2.天然气预处理工艺

　　煤制天然气进行预处理的目的是脱除其中含有的有害杂质，以及在深冷过程中可能结晶的物质，常用的预处理工艺流程是先对原料气进行过滤，除去其中的液体和固体杂质，然后进行脱硫、脱碳、脱水、脱苯和重烃、脱汞等，最后再经过过滤。

　　2.1脱硫脱碳的方法

　　脱硫脱碳即脱除酸性气体，通常有吸收法、吸附法和膜分离法3种方法。

　　吸收法包括化学吸收法和物理吸收法。醇胺法具有成本低、反应快、吸收剂稳定性好、易再生等特点，是常用的化学吸收法;低温甲醇洗工艺对酸性气有良好的脱除效果，并能脱除水分、苯、重烃以及重金属，是常用的物理吸收法。

　　吸附法是利用酸性气体在固体吸附剂表面的吸附作用，脱除天然气中的酸性气体，操作简单，常用于小型装置。

　　膜分离法是近年来随着膜工业的迅速发展而兴起的一种天然气净化法，该法利用了膜的选择渗透特性过滤掉天然气中的酸性气分子，从而实现脱除酸性气的目的。SNG中基本不含硫，预处理工艺中重点是考虑脱碳。

　　2.2脱水的方法

　　脱水的方法有很多种，如低温法、溶剂吸收法、吸附法等，但能够满足LNU生产要求的方法主要是吸附法，采用管道天然气生产LNU的工厂一般都采用吸附法脱水，吸附剂为分子筛。

　　2.3脱苯和重烃的方法

　　对LNU生产有影响的主要是C5+以上烃类，在天然气深冷循环中，重烃首先冷凝并分离出来，但苯在常压、-70℃左右才会形成有剧毒的晶体，用一般的冷却脱烃方法很难将其脱除，故一般采用5A分子筛脱苯和重烃。SNG中不含重烃和苯，预处理工艺中不需要设置该工序。

　　2.4脱汞的方法

　　汞的存在可能会腐蚀深冷过程中铝制的板翅式换热器，脱汞工艺主要有两种：即美国UOP公司的HgSIV分子筛吸附法，以及采用浸硫活性炭使汞与硫产生化学反应，生成硫化汞并吸附在活性炭上的方法。

　　3.煤制天然气的工艺流程分析

　　3.1原料气来源

　　煤制气项目中，离开甲烷化单元的SNU压力为2.3~3.7MPa,温度400℃，含有饱和水;再经过先压缩后干燥的工艺流程完成增压和脱水后，以常温和压力8~12MPa状态，进入天然气管网。

　　以SNG为原料气生产LNU，引气点可以在甲烷化单元后，也可以在压缩单元后，但从干燥装置后引气最经济，原因是天然气中的大部分水分经过压缩、干燥后己经脱除，有利于减轻预处理负荷;同时，气体压力较高，可以减小预处理和液化装置设备尺寸，减少建设投资，同时，高压也有利于吸收和吸附。

　　3.2流程分析

　　方案(1)脱碳化学吸收法，吸收温度一般为45~600℃，压力对吸收过程的影响较小，原料气直接进入吸收塔与吸收剂反应，由于MDEA的蒸汽压较低，只需在塔顶设置水冷器将原料气冷却到350℃，基本可以脱除夹带的MDEA，经过滤后即可进入后续的干燥和脱汞工序。由于吸收剂是水溶液，原料气中的水分将再次饱和，增大了后续干燥单元的负荷。MDEA再生采用减压闪蒸和热再生两步法，需要消耗部分低压蒸汽。MDEA化学性质稳定，腐蚀性低，受热后也不会产生高腐蚀性物质，因此，吸收和再生设备和管道可以使用碳钢。

　　方案(2)脱碳物理吸收法，吸收温度

　　在-40~-600℃，高压有利于吸收过程。为了降低吸收剂的温升和减少冷量补充，原料气与净化气换热预冷后进入吸收塔，吸收剂为热再生后的冷甲醇，基本不含水。由于吸收在低温下进行，在脱除CO2的同时，实际上也脱除了水分，如果操作温度控制在-600℃，净化气中的水分含量己经基本可以满足液化要求。但考虑到气液分离实际效果，可能会有少量甲醇夹带在净化气中，后续仍需设置吸附脱水和脱汞工序。甲醇送上游单元CO2解吸塔闪蒸后热再生。甲醇性质稳定，也没有腐蚀性，但毒性较强。由于在低温下操作，吸收单元设备需要采用低温钢材。

　　方案(3)干法脱碳，考虑到原料气中的CO2和水分含量都较低，且不含H2S等其他气体杂质，在双层床吸附器内将COz和水分一次性脱除川。由于吸附剂对水分的吸收能力更强，吸附水分后，吸附剂对CO2的吸附容量会有一定程度的降低，故采用先脱水、后脱碳的流程，以减少脱碳吸附剂的用量。吸附剂的再生采用煤制气项目空分装置的低压氮气，与采用原料气或BOG的常规流程相比，减少了消耗。再生气需要升温到250~3000℃，采用中压蒸汽作为热源。

　　结语

　　综上所述，煤制SNG是一举数得的有效措施，有望成为未来煤炭资源和生物质资源等综合利用的发展方向。

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　　作者：秦超