焦炉煤气制天然气之甲烷化技术现状

毛玲玲

身份证号：411325198901042329

焦炉煤气制天然气之甲烷化技术现状

毛玲玲

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由于我国天然气资源的匮乏，利用焦炉煤气制取天然气的技术正得到越来越广泛的关注。与焦炉煤气制取甲醇、合成氨等工艺路线相比，焦炉煤气制取天然气具有投资低、经济效益好等优势，其副产物氢气也可联产合成氨，所以，从焦炉煤气制取天然气是焦炉煤气综合利用的发展方向。甲烷化技术可以增加天然气的产量，但工艺较为复杂，非甲烷化技术的优点是工艺简单，但还需进一步提高甲烷收率以增强其技术竞争力。

焦炉煤气；甲烷化；技术应用

作为世界最大的焦炭生成国，我国焦化企业每年会副产约1000 亿m3焦炉煤气，除用于自身加热及煤气生成的，还有近300亿m3剩余，资源浪费严重，给环境也造成了极大污染。而相对应的，我国天然气的资源稀少，存在很大缺口，从这点来讲在焦炉煤气甲烷化技术下将焦炉煤气制成清洁的天然气能源是国家规划中的一个关键战略布局。

1 国内焦炉煤气及天然气现状分析

1.1 焦炉煤气的主要成分

焦炉煤气作为焦炭生产过程中的一种副产品，随着炼焦工业的迅速发展，其产生量也呈现出逐渐增长的趋势。净焦炉煤气的主要成分如表1所示。

1.2 焦炉煤气甲烷化利用的可行性分析

焦炉煤气中含有大量的氢气、甲烷以及一氧化碳，通过甲烷化反应，提高热值，将大部分的氢气与一氧化碳、二氧化碳转化为甲烷，之后进行分离、提纯，就可以得到甲烷体积分数在百分之九十以上的SNG(合成天然气)，SNG经过压缩后就会成为CNG(压缩天然气)，SNG经过液化后就会成为LNG(液化天然气)。液化天然气是一种新兴的清洁型能源，不仅具有性能高、热值大等优点，也可以在很大程度上节约远距离运输成本以及储存空间，受到了越来越多的青睐，目前，有很多国家纷纷将液化天然气作为首选燃料。

2 焦炉煤气甲烷化技术

焦炉煤气通过净化脱除苯、萘、重碳氢化合物、硫化物后，压缩，换热，再在催化剂作用下，进行甲烷化反应，使COG中的一氧化碳、二氧化碳与氢气反应生成甲烷，得到以甲烷为主的混合气；然后使用PSA(变压吸附)法、膜分离法或低温精馏法，分离混合气中的甲烷，制得SNG(合成天然气)、CNG(压缩天然气)或LNG(液化天然气)。

2.1 耐高温甲烷化工艺

此工艺主要通过三到四个甲烷化炉来完成，在温度化学平衡限制理论下，在多个甲烷化炉内通过换热器进行热量的回收，当甲烷化反应达到平衡之后，通过过热蒸汽来进行离心压缩机的驱动。此工艺设备简单，投资少，热量的利用率高，工艺操作拥有较大弹性。

2.2 低温甲烷化工艺

此工艺主要分耐硫及非耐硫两种工艺，两种工艺的区别主要为脱硫精度不同，耐硫工艺总硫使用量约为10×10-6，而非耐硫工艺则需要脱硫至0.1×10-6以下。低温甲烷化工艺流程中，使用大量的原料气来进行循环，各工序下，反应炉温度需保持在450℃以下，确保甲烷化炉中CO及CO2含量小于3%，这样才能更好控制甲烷化炉温度。

2.3 焦炉煤气甲烷化

焦炉煤气甲烷化是天然气制备工艺中最总要的一道工序。在此工序中甲烷化主要发生了如下反应：

在甲烷化反应中，选择性催化这种反应最典型。应用不同催化剂及催化工艺，就会生成不同产物，当前微晶镍用作甲烷化催化剂比较多。

2.4 技术的比较

由于CH4的物理性质和CO、CO2相近，传统的变压吸附法、膜分离法、低温精馏法等很难一步脱除焦炉煤气中的CO和CO2，若采用两步法分别脱除，甲烷的收率则较低。甲烷化技术的优点是，通过进行甲烷化反应，将无用的CO和CO2转化为甲烷，这样既达到了脱除杂质气体的目的，又可以增加天然气的产量，所以，该技术是当下的研究热点。但由于甲烷化反应放热量较大，操作温度就较高，所以甲烷化反应器的设备要求也较高，此外，还需将部分产品气循环或采用多级甲烷化反应器，增加了工艺的复杂性。非甲烷化技术的甲烷产率低于甲烷化技术，其优点是工艺简单，技术成熟，投资和操作费用低。

3 焦炉煤气甲烷化利用技术的进展

目前，国内掌握相关技术的主要有：中科院大连化学物理研究所、西南化工研究设计院、武汉科林精细化工有限公司、新奥集团等，并陆续建成多套焦炉煤气合成天然气装置。较早建成的装置多采用国外技术，如2012年投产的内蒙古恒坤化工有限公司LNG项目，采用英国DAVY-CRG技术，天然气产量1.2亿m'/a；2012年投产的内蒙古乌海华油天然气公司制LNG项目，采用丹麦Topsoe-TREMPTM技术，天然气产量3.3亿m'/ao由于采用国外技术专利费用较高，自2013年后建成的装置多采用国内自主研发的焦炉煤气甲烷化技术。新奥集团专业从事煤炭清洁能源领域的技术研发，2006年完成甲烷合成小试，2010年中试通过河北省项目成果鉴定，2013年首个采用新奥专利技术的河南京宝焦炉煤气制LNG项目一次试车成功，并平稳运行至今。

综上所述，我国焦炉煤气产量大，但是天然气资源却严重短缺，焦炉煤气制天然气适合我国当前能源现状，也是必须大力推广的一种能源转换技术，这种技术同国家能源政策相符合，可对工业废气充分利用，节能减排，经济效益巨大。但是当前焦炉煤气甲烷化技术在我国发展还不成熟，工艺稳定性及可靠性都需要进一步验证，今后应重点研究更为高效稳定的催化剂，完善焦炉煤气甲烷化工艺，让其工艺水平不断提高，力求在确保工艺可靠稳定基础上，实现效益最大化。

[1]来翊，刘金刚，刘振峰，吴迪镛.焦炉煤气制天然气工艺中甲烷化的仿真系统[J].计算机仿真，2011，12：380-384.

[2]李旭.我国焦炉煤气制天然气技术的进展[J].广州化工，2016，09：30-31+64.