中國首創(chuàng)無循環(huán)甲烷化新工藝

文/于孟林

中國首創(chuàng)無循環(huán)甲烷化新工藝

文/于孟林

從2016（第二屆）中國新型煤化工國際研討會上獲悉，神霧集團(tuán)北京華福工程有限公司聯(lián)合大連瑞克、中煤龍化等公司歷時八年，成功研發(fā)出無循環(huán)甲烷化新工藝。該技術(shù)是我國繼甲醇制烯烴（DMTO）、流化床煤制芳烴技術(shù)（FMTA）、煤制油、煤制乙二醇工業(yè)化技術(shù)后，掌握的又一項煤制天然氣核心技術(shù)。

據(jù)了解，目前我國已建或正在建設(shè)的煤制天然氣項目，其核心甲烷化裝置還主要依靠引進(jìn)國外各個專利商的循環(huán)工藝技術(shù)。而國外循環(huán)工藝的反應(yīng)溫度通過循環(huán)氣量的調(diào)節(jié)來控制，存在循環(huán)氣量大、需配置高溫循環(huán)壓縮機(jī)、核心裝備及催化劑依賴進(jìn)口、投資與能耗高、容易“飛溫”等問題。

神霧集團(tuán)北京華福工程有限公司總經(jīng)理汪勤亞表示，與傳統(tǒng)工藝相比，無循環(huán)甲烷化新工藝具有四大創(chuàng)新與優(yōu)勢：一是投資與能耗方面，取消了循環(huán)氣壓縮機(jī)及其配套的廠房、管道、控制等附屬系統(tǒng)，實現(xiàn)了工藝技術(shù)、催化劑及核心裝備的國產(chǎn)化，裝置綜合能耗降低25%以上，投資降低20%以上；二是在系統(tǒng)控制方面，通過氫碳比的分級調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了氫碳比的精準(zhǔn)控制。新工藝將甲烷合成氣分為富H2和富CO氣兩股，富H2從一級反應(yīng)器加入，通過控制逐級（通常3級）加入的富CO氣量來控制氫碳比和反應(yīng)溫度，調(diào)節(jié)手段多樣，控制靈活精確，大大降低了催化劑床層飛溫的可能性，使合成系統(tǒng)的總氫碳比更容易調(diào)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定易控；三是采用自主開發(fā)的耐高溫甲烷催化劑，大連瑞克科技開發(fā)出的耐高溫型甲烷化催化劑，使用溫度范圍230～700℃，反應(yīng)空速5000～20000h-1，使用壽命在兩年以上，性價比更優(yōu)，運行費用低；該催化劑于2013年1月25日，通過了由大連市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會主持的“耐高溫甲烷化催化劑”新產(chǎn)品新技術(shù)鑒定，鑒定結(jié)果為產(chǎn)品整體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平；四是開發(fā)了內(nèi)置廢熱鍋爐的軸徑向甲烷化反應(yīng)器，北京華福開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的內(nèi)置廢熱鍋爐甲烷化反應(yīng)器利用氣冷壁技術(shù)，冷氣走殼程，避免反應(yīng)器外殼直接與高溫氣體接觸，取消了耐火磚，同時反應(yīng)器內(nèi)件不受壓，降低材質(zhì)，節(jié)省投資。通過反應(yīng)與廢鍋換熱的集成，簡化了流程，操作維護(hù)方便，系統(tǒng)壓損小，安全穩(wěn)定性高。且易于大型化，有利于降低整個項目的投資與運行成本。

中煤龍化采用新工藝建設(shè)的330立方米/小時（現(xiàn)已擴(kuò)改為580立方米/小時）合成天然氣（SNG）無循環(huán)甲烷化中試裝置，于2015年10月24～27日，接受了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織專家對其進(jìn)行的72小時現(xiàn)場標(biāo)定。結(jié)果表明，該中試裝置實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運行，各項參數(shù)達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)，實現(xiàn)了無循環(huán)甲烷化和碳?xì)浔鹊姆旨壵{(diào)節(jié)，產(chǎn)品中CH4＞95%、H2＜2%，CO未檢出。同年11月23日，該工藝技術(shù)成果通過了由中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的，以中國工程院院士金涌為主任的鑒定委員會的鑒定。專家組成員一致認(rèn)為，該成果創(chuàng)新性強(qiáng)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)；節(jié)省了循環(huán)壓縮機(jī)的投資和相應(yīng)能耗，節(jié)能效果明顯，綜合技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)。

汪勤亞介紹，該新工藝現(xiàn)已用于內(nèi)蒙古港原1億Nm3/年、內(nèi)蒙古烏海3億Nm3/年、新疆勝沃4億Nm3/年等數(shù)個合成天然氣（焦?fàn)t煤氣、熱解氣或電石爐尾氣為原料）項目中實現(xiàn)了從研發(fā)到工程化的轉(zhuǎn)化，并完成了13億立方米/ 年SNG工藝包編制。

據(jù)悉，目前我國計劃中的煤制天然氣項目有30余個，總產(chǎn)能近2000億方，新增產(chǎn)能若全部采用無循環(huán)甲烷化工藝，將節(jié)省投資112億元，節(jié)省外匯27億美元，減少運行費用29億元/年，節(jié)約電耗24億度/年（折標(biāo)煤72萬噸/年），減少CO2排放221萬噸/年。同時該工藝技術(shù)也可廣泛應(yīng)用于為煤熱解、煉焦、電石等行業(yè)的尾氣綜合利用中，為傳統(tǒng)煤化工項目的尾氣利用找到了新出路。