焦爐煤氣甲烷化合成天然氣專利技術(shù)

2019-07-24

焦爐煤氣甲烷化合成天然氣專利技術(shù)

技術(shù)介紹：

　　我國是焦炭生產(chǎn)大國， 2010年全國生產(chǎn)焦炭大約為3.8億噸，出口335萬噸，85%以上的焦炭，用于鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)消費，其中三分之一的生產(chǎn)能力在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，三分之二在獨立的焦化企業(yè)。按每噸焦炭副產(chǎn)約400 m3 焦爐煤氣計算，獨立企業(yè)每年副產(chǎn)的煤氣量在900億m3以上，除自用，民用和商用燃料外，每年放散的煤氣超過500億m3。隨著人們生活水平的提高，環(huán)保意識的增強，以及國家環(huán)保性可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，對每年任意排放的焦爐氣量作出了嚴格的要求。因此將排放到大氣中焦爐氣轉(zhuǎn)化成污染低，燃燒值高的天然氣成為當今發(fā)展的必然趨勢，也是解決目前缺氣地區(qū)氣荒的較好方法。

　　焦爐氣成分較為復(fù)雜，其中CH4、CO、CO2、CnHm體積分數(shù)近40%，且氫含量高（體積分數(shù)54-59%），通過甲烷化反應(yīng)，即：

　　CO+3H2=CH4+H2O；CO2+4H2=CH4+2H2O

　　可將絕大部分CO、CO2轉(zhuǎn)化為甲烷，這樣焦爐氣就變成主要含CH4、H2和少量N2的氣體混合物，通過變壓吸附氣體分離技術(shù)可得符合“天然氣”國家標準GB17820 1999及“車用壓縮天然氣”的國家標準GB18047 2000中規(guī)定的合成天然氣或壓縮天然氣。

　　焦爐氣的綜合利用是我國的特殊國情。近年來，國家針對焦爐氣的應(yīng)用經(jīng)過了多方面的研究。目前，我國焦爐氣主要用于制氫、合成甲醇以及生產(chǎn)合成氨。在目前甲醇價格較高的情況下，生產(chǎn)甲醇具有較好的經(jīng)濟效益。但從焦爐氣的組成上來看，氫多碳少，合成甲醇并不是最經(jīng)濟的利用途徑。

　　而從能量利用率的對比來看，用焦爐氣通過甲烷化生產(chǎn)合成天然氣（SNG）再進一步制取CNG，其能量利用率可達80%以上，而焦爐氣制甲醇的能量利用率僅為52%-59%。隨著原油價格不斷地上漲，汽油價格也在不斷飆升，而CNG作為汽車代用燃料，其價格比汽油低很多，因此具有很大的吸引力，特別在出租車及公交車等領(lǐng)域。到2005年底，我國已有CNG汽車16萬輛，加氣站500多座，不少城市正在加快CNG加氣站的建設(shè)。對于沒有天然氣源而有焦化企業(yè)的地區(qū)，可以用焦爐氣生產(chǎn)CNG來發(fā)展CNG汽車。對于一個50萬t/a焦化企業(yè)，每年可得到5000萬m3的CNG。如上所述，我國每年放散的焦爐氣為200億m3 ，如將其回收，可得CNG 70億m3 ～80億m3 ，相當于520萬噸～590萬噸汽油。因此用焦爐氣生產(chǎn)CNG無論是經(jīng)濟效益還是社會效益、環(huán)境效益都是有重要意義的。

　　由焦爐氣生產(chǎn)SNG-CNG-LNG，其工藝流程相對簡單，投資較低，具有更強的競爭力。焦爐氣甲烷化催化劑作為焦爐氣甲烷化工藝的核心部分，對焦爐氣甲烷化有著最直接的影響，焦爐氣生產(chǎn)LNG 的工藝過程如下：

　　焦爐氣→ 加壓→ 凈化→甲烷化→PSA → SNG →CNG→LNG

　　對于焦爐氣來講，以焦爐氣組成為基準，每1%的CO轉(zhuǎn)化為甲烷，氣體的絕熱溫升約為63℃；每1%的CO2轉(zhuǎn)化為甲烷，氣體絕熱溫升為50.5℃；因此焦爐氣甲烷化反應(yīng)溫升比較大；而焦爐氣甲烷化過程中伴隨系統(tǒng)析碳，生產(chǎn)的碳沉積在催化劑表會造成催化劑失活，并且使床層阻力增加，裝置無法運行。因此，對焦爐氣甲烷化催化工藝的催化劑要求較高。武漢科林精細化工有限公司針對這個方面的問題進行了深入細致的研究，開發(fā)出了一種新型的甲烷化催化劑，該催化劑具有活性好，熱穩(wěn)定性好，抗積碳性佳，具有良好低溫活性等特點，同時還具有能將高烴轉(zhuǎn)化以及良好的抗氧化性能。

　　我公司是國內(nèi)較早從事焦爐氣甲烷化技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，目前，科林公司是能提供甲烷化工藝及裝置所需的全套催化劑的廠家，我公司開發(fā)的焦爐氣甲烷化技術(shù)在2010年應(yīng)用于內(nèi)蒙古華清能源焦爐氣甲烷化項目，該項目屬國內(nèi)工業(yè)示范裝置。

技術(shù)特點：

　　1、采用部分循環(huán)與多級冷激相結(jié)合工藝，即減少循環(huán)量，又副產(chǎn)中壓蒸汽，降低能耗。

　　2、各級甲烷化入口CO含量可自由調(diào)節(jié)，使各級甲烷化出口溫度控制較低。即有利于甲烷化反應(yīng)的順利進行，同時可抑制副反應(yīng)的發(fā)生。

　　3、采用新型甲烷化催化劑，該催化劑具有低溫活性高，熱穩(wěn)定性好，抗積碳性強等特點，同時還具有良好的烯烴飽和及脫氧性能。

　　4、脫硫與甲烷化工藝綜合設(shè)計，充分利用甲烷化及加氫熱能，能量綜合利用率高。

　　5、工藝所需熱量可由甲烷化反應(yīng)獲取，且有多余的熱量附產(chǎn)蒸汽可作它用。

取得的成績：

　　1、發(fā)表論文3篇

　　2、甲烷化催化劑獲得發(fā)明專利，專利號：ZL:201110144803.0

　　3、做了國內(nèi)焦爐氣甲烷化合成天然氣工業(yè)示范裝置（烏海華清能源科技有限公司5000Nm3/h工業(yè)示范裝置）

　　4、承擔了冀中能源井陘礦業(yè)集團有限公司9000萬方/年焦爐合成CNG總承包，裝置已于2013年6月一次開車成功。

　　5、甲烷化催化劑發(fā)明專利獲“中國專利優(yōu) 秀獎”