煤制天然气-甲烷化

煤制天然气甲烷化合成原料气深度脱硫工艺分析摘要：近年来，我国化工项目建设的质量得到了明显的提升。

煤的制备过程是以镍为催化剂，以 CO,CO2,H2等为主要原材料，经镍催化作用后，再由CO,CO2,H2等直接制取天然气。

在低温条件下，利用乙醇洗涤法对其进行脱硫脱碳，从而获得纯净的天然气。

经甲醇洗脱后，烟气中仍有1x10-7浓度的硫份，需要采用其它工艺对烟气中的硫进行深度脱除，才能保证 Ni基催化剂在烟气中的安全性。

由于戴维（Devi）、托普索（Topplus）等两种典型的Ni-Ca2+（Ni-Topping）等甲基化反应的高品质、高稳定性直接影响到 Ni基催化剂的服役时间，为此，本项目提出以 Ni、 Ni为原料，以 Ni, Ni等为原料，系统地开展CH4催化反应的脱硫机理及脱硫机理的研究，以期为同类反应器的研制提供理论依据。

关键词：煤制天然气；甲烷化合成原料气；深度脱硫工艺引言在我国，随着石油和天然气的大量使用，我国石油和天然气的需求量越来越大，到2020年我国石油和天然气的依赖度将达到37%。

然而，中国拥有大量的煤炭，具备了发展煤气化技术的独特优势，所以，对其进行工艺的优化就显得尤为重要。

“十二五”期间，我国已经批复的大唐克旗、新疆庆华两个煤改气工程，对我国煤改气工程起到了很好的示范作用。

这两种装置都是利用将原气通过转化、低温乙醇洗涤来进行脱硫、脱碳，从而获得一定的氢、碳比例，再将其送入到甲烷化系统中，形成天然气，再经过增压和脱水，从而获得满足管道输送需求的天然气。

1.主要动力消耗比较在煤炭生产中，除煤气化系统之外，还需要使用到：低温酒精洗冰机、高温锅炉给水泵、甲烷化系统中所需要的燃气及气体压缩机等。

(1)按照这个过程计划，由此减少了490 kW的功耗。

由于低温甲醇洗脱硫脱碳工艺是一种纯物理吸收方法，因此H2S、 COS和CO2酸性气体在低温甲醇中的平衡溶解度很高，而溶剂甲醇的循环量主要取决于进气总气量和压力。

煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展1. 引言1.1 煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展概述煤制天然气甲烷化是一种重要的合成气体转化技术，通过将煤制成合成气，再将合成气进行催化转化制备甲烷这一系列反应，可以实现煤资源的高效利用和清洁能源的获取。

在煤制天然气甲烷化的过程中，催化剂起着至关重要的作用。

煤制天然气甲烷化催化剂的性能直接影响到反应的效率和产物选择性，因此对该催化剂及其机理的深入研究具有重要意义。

近年来，研究人员对煤制天然气甲烷化催化剂及机理进行了广泛而深入的探讨，取得了许多重要进展。

通过对反应条件的研究，优化了反应过程中的温度、压力、气体比例等参数，提高了甲烷的产率和选择性。

研究人员还对不同类型的催化剂进行了实验和比较，找到了更高效的催化剂。

对煤制天然气甲烷化的反应机理进行了深入探讨，揭示了反应过程中各种中间体和过渡态的形成及转化规律。

催化剂的表面改性以及再生和稳定性的研究也取得了一定的突破，为进一步提高催化剂的性能和稳定性奠定了基础。

展望未来，随着研究的不断深入，相信煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究将取得更大的突破和发展。

2. 正文2.1 煤制天然气甲烷化反应条件研究煤制天然气甲烷化反应条件研究主要包括反应温度、压力、空速等几个方面。

反应温度是影响煤制天然气甲烷化反应的一个关键因素。

研究表明，适当的反应温度可以提高反应速率和选择性，但过高的反应温度会导致催化剂的失活和产物分解。

反应压力也是影响反应效果的重要因素。

压力的增加可以促进反应的进行，提高产物的收率和选择性，但同时也会增加设备的运行成本。

空速则是影响反应效果的另一个关键参数。

适当的空速可以保证反应物质充分接触，提高反应效率。

在煤制天然气甲烷化反应条件的研究中，需要综合考虑这几个因素，以找到最佳的反应条件，实现高效的生产目的。

2.2 煤制天然气甲烷化催化剂的类型和性能煤制天然气甲烷化催化剂的类型和性能一直是研究的重点之一。

甲烷化技术¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯甲烷化技术是煤制天然气的关键环节，一氧化碳和氢气在一定温度、压力和催化剂下合成甲烷的反应叫甲烷化反应。

煤制天然气的原理就是合成气的甲烷化反应，其化学方程式如下：一氧化碳和氢反应：CO +3H2 =CH4 +H2O △H= -206.2kJ/mol反应生成的水与一氧化碳发生作用CO +H2O =CO2 +H2 △H= -38.4kJ/mol二氧化碳与氢作用：CO2 +4H2 =CH4 +2H2O △H =-165.0kJ/mol以上反应体系为强放热、快速率的自平衡反应，温度升高到一定程度后反应速率快速下降且向相反方向（左）进行。

另外甲烷化的过程属于体积缩小的反应，增加反应压力，一方面有利于提高反应速率，另一方面有助于推动反应向甲烷合成向进行，增加压力可以在很大程度上减小装置体积，提高装置产能。

甲烷化反应为强放热反应，每转化1%的CO，体系绝热升温约72℃，因此煤制天然气工艺要解决一氧化碳转化率和反应热的转移问题。

该过程中发生的副反应：一氧化碳的分解反应：2CO =CO2 +C △H= -173.3kJ/mol沉积碳的加氢反应C +2H2 =CH4 △H = -84.3kJ/mol该反应在甲烷合成温度下，达到平衡是很慢的。

当有碳的沉积产生时催化剂失活。

反应器出口气体混合物的热力学平衡，决定于原料气的组成、压力和温度。

目前，甲烷化技术已经用在大规模的合成气制天然气上，最大的问题是催化剂的耐温和强放热反应器的设计制作上。

甲烷化工艺有两步法和一步法两种类型。

1 煤气化转化技术制备天然气一步法甲烷化工艺(1) HICOM 工艺HICOM 工艺是由英国煤气公司研发设计。

技术特点是将气体转换单元和甲烷化单元合并为一个单元完成。

气化炉生产的合成气经冷却、净化、脱硫处理以后，和水蒸气一起通入甲烷化单元。

蒸汽除了调节H2/CO比，还可以防止碳沉积，但是水蒸气降低了热效率，可能引起催化剂烧结。

系统的温度通过冷却产品气循环来调节，甲烷化反应放出的热量用于生产高压蒸汽。

HICOM 工艺没有气体转换单元，热回收装置少，减少了设备投资，能效较高，技术成熟度较高，苏格兰的西域发展中心已经建立了半商业化规模的示范性工厂。

但是技术复杂度略高，合成气转化率还有待提高，目前还没有实现完全商业化运营。

(2) Comflux 工艺1975年—1986年，德国的 Thyssengas GmbH 公司和德国卡尔斯鲁厄大学共同研发了 Comflux 工艺。

工艺最大特点是气体转换反应和甲烷化反应同时在流化床反应器中进行。

由于没有单独的气体转换单元和生产高压循环气的空气压缩机，大大降低了设备投资和生产成本，与固定床工艺相比，大约节省了10% 的成本。

同时由于使用了流化床工艺，质量和热量传导率高，催化剂的装卸和回收更加便利。

废热得到了合理利用。

工艺经过了中试和半商业运营，技术成熟度较高。

(3) 液相甲烷化工艺美国的化学系统研究所提出了另一种生产替代天然气的方法—液相甲烷化工艺。

气化炉生产的合成气直接进入装有循环液( 矿物油) 和催化剂的液相甲烷化反应器。

液相甲烷化工艺具有很好的传热性能，实现了恒温操作，具有较高的选择性和较大的灵活性，反应水可用于水煤气的变换反应，因此不需要单独的气体转化单元，单台反应器生产能力大，投资成本低。

2直接合成天然气技术2.1 催化气化工艺美国 Exxon 科学工程公司提出了一种催化气化工艺( Catalysis Coal Gasification，CCG)，可以将气化和甲烷化合并为一个单元直接生产合成天然气。

煤制天然气甲烷化工艺技术研究作者：胡传河王亚龙王海涛来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第06期摘要：从我国的发展现状来看，虽然我国的疆域辽阔，资源丰富，但全球经济一体化仍旧给我国的经济建设带来了很大的压力。

随着资源的不断开采和开发，我国的能源结构逐渐呈现出一种“煤多、油少、气贫的现象。

于是煤制天然气的发展战略就成为优化当下能源结构的一个主要方法，而通过煤制天然气工艺可以有效的减轻我国经济发展中对石油等资源的依赖性，再加上天然气的环保特性，于是利用煤资源加上甲烷化工艺技术制天然气，更受到了人们的关注和重视。

关键词：煤制天然气；甲烷化；工艺；技术；研究随着我国对天然气需求量的逐年增加，人们对煤制天然气工艺的研究越来越迫切，从我国当前煤制品的现状来看，煤制天然气工艺与煤制乙二醇、煤制甲醇以及煤制油相比较而言，煤制天然气的转化率更高，效果更好，而且工艺技术的流程短、见效快。

尤其是甲烷化工艺技术的使用，更是把煤制天然气工艺技术推向更高的层次。

1 煤制天然气甲烷化工艺技术的认识1.1 甲烷化工艺技术的原理分析甲烷化的反应原理主要是利用一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）与氢气（H2）发生反应，从而生成甲烷（CH4）和水蒸气。

CO+ 3H2 ↔ CH4 +H2OCO2+ 4H2 ↔ CH4 +2H2OCO+ H2O ↔ H2 + CO22CO ↔ CO2+ CCO2+ 2H2 ↔ C +2H2OCO+ H2 ↔ C+ H2O在这个化学反应中需要一定的温度和催化剂，也会产和很高的温度，而且甲烷化反应是一种涉及到气固两相的多组分的系统，在反应中会释放出大量的热量，要想保证甲烷的纯度，必须要进行有效的热量转移1.2 甲烷化工艺技术流程中的注意事项在煤制天然气甲烷化工艺当中会产生大量的热量，而这些热量如果不进行及时的处理就会直接影响到工艺过程的安全性和结果的高效性。

因此，在甲烷化工艺技术的使用过程中，必须要对这部分热量进行疏导。

煤制天然气-甲烷化1. 简介煤制天然气（Coal-to-Natural-Gas，简称CTG）是一种将煤炭转化为天然气的技术，主要过程是甲烷化，即将煤炭中的有机化合物转化为甲烷气体。

煤制天然气是一项重要的能源转化技术，可以将煤炭资源转化为更清洁的天然气，从而减少对传统石油和天然气资源的依赖。

2. 煤制天然气的步骤煤制天然气的主要步骤包括煤气化和甲烷化两个过程。

2.1 煤气化煤气化是指将煤炭在高温和高压条件下，在缺氧或有限氧气条件下进行化学反应，使煤炭转化为合成气。

合成气由一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和氢气（H2）组成，其中一氧化碳和氢气是后续甲烷化反应的主要原料。

2.2 甲烷化甲烷化是将合成气转化为甲烷气体的过程。

在高温和催化剂的作用下，合成气中的一氧化碳和氢气发生反应生成甲烷气体。

甲烷气体是主要成分，其含量通常达到90%以上，可以直接作为燃料供应给城市燃气系统或工业领域使用。

3. 煤制天然气的优势和挑战3.1 优势•利用煤炭资源：煤炭是一种丰富的能源资源，通过煤制天然气技术可以有效利用这些资源，减缓传统石油和天然气的供需矛盾。

•降低碳排放：相比燃烧煤炭产生的二氧化碳排放，煤制天然气技术可以显著降低碳排放量，对环境更加友好。

•提高能源利用效率：煤制天然气技术可以实现高效能源利用，将煤炭中的有机物质转化为更高价值的甲烷气体。

3.2 挑战•能源转化效率：煤制天然气技术在转化过程中会产生一定的能量损失，需要进一步提高转化效率，减少能源浪费。

•环境影响：煤制天然气过程中会产生一定的副产物和废弃物，对环境造成一定的影响和压力，需要合理处理和减少环境污染。

•经济可行性：煤制天然气技术的投资和运营成本较高，需要找到经济上可行的路径和模式，以实现可持续发展。

4. 煤制天然气在全球的应用和发展煤制天然气技术在许多国家得到了广泛应用和快速发展。

其中，中国是全球最大的煤制天然气生产国之一。

中国在煤制天然气领域进行了大规模的投资和研发，建设了多个煤制天然气项目。

煤制天然气合成（甲烷化）技术综述以下资料大部分来源于公开资料：1、托普索技术（TREMP技术）：托普索很早就在中国混了，是国内各种化工催化剂的主要外国供应商之一。

最近几年煤制天然气如此之火，当然少不了它。

也正是由于有了良好的基础，可以说托普索技术在国内煤制天然气的推广是最成功的。

我所了解的，如庆华、汇能等（其网站上云在中国有4套在建的合成天然气装置使用托普索技术：3套煤气化为原料的装置，3套焦炉气为原料的装置“？”），均已和托普索签订了技术转让合同。

所以我们能从公开途径找到的托普索的资料也是最多的。

早期典型工艺流程流程图：很多谈论托普索的甲烷化工艺喜欢用这张图，其实这个图真的只是一个简要的示意图，后期托普索的宣传资料给出了稍微改进的流程图：这种循环工艺首段或首两段装填托普索的耐高温甲烷化催化剂MCR-2X，据说能耐温700以上，并且经历了长时间的试验考验。

后面的中低温段装填托普索用于合成氨甲烷化的普通催化剂PK-7R.我曾在某个资料中看过托普索提出个不循环的“一次通过”工艺流程：首段甲烷化补加了大量水蒸气，并在甲烷化催化剂上部装填了GCC“调变”催化剂，以减轻首段的负荷和温升，尽管如此，这段反应器中装填的MCR系列催化剂还是得耐740度的出口温度。

暂时托普索已签订合同的技术路线是哪一个，我并没有掌握相关信息。

2、戴维技术（CRG技术）：戴维催化剂在上世纪80年代曾用于美国大平原装置，意识到工艺限制（后面会讲）后，戴维开发了高温甲烷化催化剂CRG-LH及所谓的HICOM工艺。

后戴维并入庄信万丰，成为其100%子公司。

戴维甲烷化工艺中的大量甲烷化两个反应器出口大约控制在650度。

一直让我很奇怪的是，戴维的4个甲烷化反应器中均是两种催化剂（CRG-S2SR和CRG-S2CR)混装,而且两种催化剂的体积比还不一样。

个人感觉戴维SNG技术在中国的宣传比较低调，但是它已经获得了大唐（克旗和阜新）和新汶的合同，这主要得益于他们的催化剂曾在大平原上得到应用；但戴维技术貌似能找到的公开资料不多。