煤制合成天然氣技術(shù)進(jìn)展

李大尚 ，朱向陽(yáng)

（1.賽鼎工程有限公司，山西 太原 030032；2.全國(guó)煤化工設(shè)計(jì)技術(shù)中心，山西 太原 030032）

1 甲烷合成工藝的發(fā)展

20世紀(jì)初，國(guó)外就開(kāi)始了甲烷化催化劑及利用甲烷化反應(yīng)脫除合成氨原料氣中少量CO、CO2的研究。高CO含量的甲烷化研究始于20世紀(jì)40年代。20世紀(jì)70年代，魯奇公司和南非薩索爾公司建設(shè)了一套合成氣多級(jí)絕熱甲烷化工藝試驗(yàn)裝置，同時(shí)魯奇公司和奧地利艾爾帕索公司維也納石油化工廠建設(shè)了一套半工業(yè)化的合成氣甲烷化制天然氣試驗(yàn)裝置。1978年丹麥托普索公司用該公司開(kāi)發(fā)的TREMP甲烷化工藝，在美國(guó)建成并投產(chǎn)一個(gè)日產(chǎn)72萬(wàn)m3的合成天然氣工廠，由于油價(jià)逐降，1981年該工廠被迫關(guān)停。1984年美國(guó)北達(dá)科他州大平原氣化廠采用德國(guó)魯奇公司煤制天然氣技術(shù)，投產(chǎn)了一個(gè)日產(chǎn)389萬(wàn)m3的煤制天然氣工廠。2012年中國(guó)大唐國(guó)際內(nèi)蒙克什克騰旗煤制天然氣項(xiàng)目建成投產(chǎn)，2013年中國(guó)慶華新疆伊寧煤制天然氣項(xiàng)目建成投產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)中科院大連化物所20世紀(jì)60年代研制的中溫甲烷化催化劑成功用于合成氨廠，脫除合成氨原料氣中少量CO、CO2，將低熱值水煤氣甲烷化，使其增值為中熱值城市煤氣。近年該所成功研發(fā)了700℃的高溫甲烷化催化劑，在小試、中試成功的基礎(chǔ)上，正開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)其他甲烷化催化劑研究單位也取得了一定的進(jìn)展。

目前，能提供大型甲烷化工藝技術(shù)的外國(guó)公司有：丹麥托普索公司、英國(guó)戴維公司、德國(guó)魯奇公司。丹麥托普索公司、英國(guó)戴維公司都采用250℃～700℃高溫鎳催化劑、3臺(tái)～4臺(tái)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)的熱循環(huán)氣天然氣合成技術(shù)，廢熱用于產(chǎn)生壓力4 MPa～10 MPa、溫度450℃～530℃的過(guò)熱蒸汽。德國(guó)魯奇公司采用450℃～490℃中溫鎳催化劑，3臺(tái)～4臺(tái)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)的冷循環(huán)氣天然氣合成技術(shù)，廢熱用于產(chǎn)生壓力4 MPa、溫度450℃的過(guò)熱蒸汽。

2 甲烷合成原料氣的生產(chǎn)

凡含 CO、CH4、H2的各類煤氣，都可通過(guò)加工，制得合格的甲烷合成原料氣。如：各種煤氣化工藝生產(chǎn)的煤氣、焦?fàn)t煤氣、熱解煤氣、煉廠氣等工業(yè)尾氣。大型甲烷合成裝置的原料氣主要通過(guò)煤氣化制取。

2.1 煤氣化工藝的選擇

盡管煤氣化爐型及其工藝有上百種，仍大致可歸納成三類：固定床氣化、氣流床氣化、流化床氣化。煤氣化技術(shù)的選擇，主要依據(jù)是煤質(zhì)及要加工的目標(biāo)產(chǎn)品，其次是投資、成本、能效、環(huán)保等[1]。

2.1.1 固定床純氧加壓氣化

固定床純氧加壓氣化有干排灰和液態(tài)排渣2種工藝。其工藝特點(diǎn)是：

（1）煤的適應(yīng)性廣，幾乎所有煤種，包括強(qiáng)黏結(jié)性、高水分（37%）、高灰（35%）、高 /低灰熔融性溫度煤都是可用的原料。煤質(zhì)越好，其經(jīng)濟(jì)性越好，唯一的要求是煤粒徑5 mm～50 mm。

（2）氣-固相逆流接觸，由干燥層、干餾層、氣化層、燃燒層、灰渣層構(gòu)成穩(wěn)定的氣化床層。

（3）物料冷進(jìn)冷出，氣化爐類似一個(gè)熱交換器，碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率、熱效率是3種氣化工藝中最高的，氧消耗僅為氣流床氣化的1/3～2/5。

（4）能有效實(shí)現(xiàn)煤的分質(zhì)利用。煤在干餾過(guò)程中產(chǎn)出焦油、酚、氨、硫、煤氣等副產(chǎn)品，能有效降低產(chǎn)品的投資與成本。

（5）氣化壓力高，一般為 3 MPa～4 MPa，最高可達(dá)10 MPa，為在各種壓力下的等壓合成天然氣提供了技術(shù)基礎(chǔ)，有效降低了投資和能耗。

（6）干排灰固定床氣化：蒸汽消耗大，油/水分離、工藝廢水處理量及技術(shù)難度較大，造成投資和成本增加。

（7）液態(tài)排渣固定床氣化：蒸汽分解率達(dá)90%，蒸汽消耗與氣流床氣化接近，廢水處理量有所減少。

（8）煤氣中有效氣（H2、CO、CH4）成分高，干排灰固定床氣化有效氣體積分?jǐn)?shù)70%～73%，液態(tài)排渣固定床氣化有效氣體積分?jǐn)?shù)89%～90%，粗煤氣中CH4體積分?jǐn)?shù)8%～12%，為合成天然氣產(chǎn)品貢獻(xiàn)了40%～50%的CH4，大大減小了下游各裝置的規(guī)模。

（9）煤、氧、電、水等消耗是3種氣化工藝中最低的。

2.1.2 氣流床氣化

氣流床氣化包括干粉煤氣化和水煤漿氣化。其特點(diǎn)是：

（1）要求粒徑小于0.09 mm煤大于90%，對(duì)干粉煤中水分有嚴(yán)格的要求：煙煤中水分＜2%，褐煤中水分＜8%；水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)要大于60%。

（2）高溫氣化，溫度1 500℃左右，煤氣成分主要含 CO、CO2、H2，少量 N2、H2S。有效氣體成分高：干粉煤氣化中約占90%，水煤漿氣化中約占80%。

（3）工藝廢水量及有害物含量較少，易處理，投資少。

（4）氣化強(qiáng)度大，單爐投煤量達(dá)2 000 t/h以上，有利于裝置大型化。

（5）煤、氧、電、水等消耗高。

（6）單位產(chǎn)品投資大，成本高。

2.1.3 流化床氣化

該氣化技術(shù)各項(xiàng)指標(biāo)目前還不能滿足大型合成天然氣廠建設(shè)要求。

2.2 不同煤氣化工藝制合成天然氣各裝置能力對(duì)比

對(duì)于同一煤質(zhì)，分別采用固定床氣化與氣流床氣化，20億m3/a天然氣合成工廠各主要工藝裝置相對(duì)能力比較見(jiàn)表1。

表1 不同氣化工藝合成天然氣各裝置能力比較

由表1可知，固定床煤氣化煤、氧消耗最低，能量轉(zhuǎn)化率最高。固定床煤氣化粗煤氣中的CH4占產(chǎn)品天然氣中甲烷的40%～50%，大大減小了下游變換、低溫甲醇洗、甲烷合成、公用工程等裝置規(guī)模，節(jié)省了投資，降低了原材料和動(dòng)力消耗。固定床液態(tài)排渣氣化的熔渣池可噴入一定的粉煤，再加上鍋爐用的粉煤，可基本解決塊、粉煤平衡問(wèn)題；蒸汽分解率可達(dá)90%，煤氣廢水量有所減少。

因此，固定床氣化是制天然氣原料氣的最佳工藝。當(dāng)煤種灰熔融性溫度很高時(shí)，宜選用固定床干排灰氣化。當(dāng)粉煤過(guò)剩較多時(shí)，可選用固定床液態(tài)排渣與干粉煤熔渣氣化組合的煤氣化工藝，也可以與電站或煤礦協(xié)作解決。

2.3 粗煤氣凈化

粗煤氣凈化包括變換、低溫甲醇洗2部分。通過(guò)變換調(diào)整煤氣組成，使低溫甲醇洗出口n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=3/1。通過(guò)低溫甲醇洗把煤氣中的總硫體積分?jǐn)?shù)脫至0.1×10-6以下，CO2體積分?jǐn)?shù)脫至3%左右。

（1）固定床氣化變換與氣流床氣化變換有明顯的不同。因固定床粗煤氣中含焦油等雜質(zhì)，所以變換需選用耐硫耐油鈷鉬催化劑，且催化劑要周期性燒炭以恢復(fù)活性，在流程設(shè)計(jì)中，無(wú)論裝置規(guī)模大小，變換最少也要并列兩條線。

（2）固定床氣化甲醇洗凈化與氣流床氣化甲醇洗凈化也有差別，主要是固定床氣化變換氣中仍然含有油等雜質(zhì)，因此，在甲醇洗脫硫、脫碳前要設(shè)預(yù)洗塔，用低溫甲醇洗滌，預(yù)洗廢液先經(jīng)水萃取，把甲醇和油分開(kāi)，然后用精餾法把甲醇和水分開(kāi)。

（3）由于固定床氣化工藝伴生的甲烷約占產(chǎn)品天然氣中甲烷的40%～50%（液態(tài)排渣氣化略低于該值），因此其變換、凈化、甲烷合成裝置的規(guī)模比采用氣流床氣化的小很多。

各種煤氣化生產(chǎn)的煤氣、焦化及干餾煤氣補(bǔ)充CO 后，經(jīng)變換調(diào)整 n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=3.04，再經(jīng)脫硫、脫碳凈化后，都可成為合格的原料氣，但采用不同煤氣化方式的煤制天然氣工藝流程、設(shè)備、原材料、動(dòng)力消耗、投資、產(chǎn)品成本差別很大。

固定床氣化工藝是集燃燒、氣化、甲烷生成、干餾、干燥于一體的工藝過(guò)程，與其他氣化工藝相比，其原材料、動(dòng)力消耗是最低的，合成天然氣時(shí)各裝置規(guī)模最小，投資最省，粗煤氣中的CH4含量高，生產(chǎn)1 000 m3合成天然氣，僅需 2 650 m3～2 700 m3合成氣，還副產(chǎn)大量焦油等化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了煤的分質(zhì)利用，節(jié)能降耗顯著，所以國(guó)內(nèi)外大型煤制天然氣技術(shù)大都采用加壓固定床煤氣化工藝。固定床氣化甲烷合成原料氣制備流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 固定床氣化甲烷合成原料氣制備流程示意圖

3 甲烷合成

3.1 甲烷合成工藝原理

進(jìn)入甲烷合成裝置的合成氣，要求n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=3.04，經(jīng)精脫硫，總硫體積分?jǐn)?shù)要求在30×10-9以下，在溫度 250℃～750℃、壓力 2.5 MPa～4.0 MPa、鎳催化劑的作用下，發(fā)生的反應(yīng)見(jiàn)式（1）、（2）：

伴隨上述甲烷化反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)發(fā)生CO變換反應(yīng)，見(jiàn)式（3）：

甲烷合成反應(yīng)是強(qiáng)放熱、體積縮小反應(yīng)，高溫、高壓有利于加快反應(yīng)速度，縮短化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，低溫有利于化學(xué)反應(yīng)平衡，獲得體積分?jǐn)?shù)約96%的甲烷產(chǎn)品。

對(duì)于甲烷合成工藝，H2/CO應(yīng)滿足最佳化學(xué)計(jì)量比B。

考慮工廠生產(chǎn)操作實(shí)際情況，一般設(shè)計(jì)B為3.04，生產(chǎn)操作控制B在3到3.08之間，較低的B可能會(huì)引起炭的生成。在一定溫度范圍，合成氣中高的CO分壓、低的水含量，將產(chǎn)生結(jié)炭反應(yīng)，見(jiàn)式（4）。

炭生成的風(fēng)險(xiǎn)，主要發(fā)生在第一級(jí)甲烷合成反應(yīng)器和最終甲烷合成反應(yīng)器。在高CO分壓、300℃以下，CO與鎳反應(yīng)生成羰基鎳，不僅造成鎳的損失，同時(shí)還導(dǎo)致羰基鎳在催化劑床層上沉積，降低催化劑反應(yīng)活性，增加床層阻力降。根據(jù)生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，在300℃以上、有水蒸氣存在的工況下，不會(huì)產(chǎn)生羰基鎳。在高溫下防止鎳晶體的生成是甲烷合成工藝的關(guān)鍵，也是評(píng)價(jià)催化劑性能的重要指標(biāo)。

3.2 甲烷合成工藝流程特點(diǎn)

目前建成和在建的煤制天然氣項(xiàng)目選用的均為多段絕熱固定床甲烷合成工藝。甲烷合成工藝流程主要包括：精脫硫、甲烷合成、余熱回收3個(gè)部分，根據(jù)反應(yīng)溫度可分為中溫甲烷合成工藝流程和高溫甲烷合成工藝流程。

3.2.1 中溫甲烷合成工藝特點(diǎn)

中溫甲烷合成工藝流程典型代表工藝為魯奇中溫甲烷合成工藝，應(yīng)用于美國(guó)大平原煤制合成天然氣廠。

工藝特點(diǎn)：

（1）采用460℃～480℃的中溫甲烷合成技術(shù)，由于操作溫度低，有利于甲烷合成反應(yīng)平衡向深度完成，放熱量更大，因此，系統(tǒng)水蒸氣消耗大。

（2）采用冷循環(huán)，循環(huán)氣是第二級(jí)甲烷合成反應(yīng)器出口經(jīng)冷卻至40℃后的生成氣，與部分新鮮氣混合后，290℃進(jìn)第一級(jí)甲烷合成反應(yīng)器。循環(huán)氣比為高溫甲烷合成工藝流程的3～4倍，能耗較高。

（3）生產(chǎn)蒸汽等級(jí)為4 MPa中壓飽和蒸汽，廢熱能溫度較低，利用價(jià)值不如高溫甲烷合成工藝流程所產(chǎn)蒸汽。

3.2.2 高溫甲烷合成工藝特點(diǎn)

高溫甲烷合成工藝流程的典型代表工藝為托普索高溫甲烷合成工藝流程和戴維高溫甲烷合成工藝流程。其中，托普索高溫甲烷合成工藝流程應(yīng)用于新疆慶華煤制天然氣項(xiàng)目一期工程、內(nèi)蒙古匯能煤制天然氣項(xiàng)目一期工程；戴維高溫甲烷合成工藝流程應(yīng)用于大唐克旗煤制天然氣項(xiàng)目一、二期工程、大唐阜新煤制天然氣項(xiàng)目一期工程和伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目。

中科院大連化物所與中國(guó)石油和化工勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)煤化工設(shè)計(jì)技術(shù)中心合作，開(kāi)發(fā)了一種無(wú)循環(huán)壓縮機(jī)的高溫甲烷合成工藝流程，已獲授權(quán)發(fā)明專利，并建成工業(yè)試驗(yàn)裝置。托普索也開(kāi)發(fā)了同類型的技術(shù)。

工藝特點(diǎn)：

（1）使用溫度、壓力范圍很寬的鎳催化劑，操作溫度在250℃～700℃，壓力在2.5 MPa～5 MPa。甲烷化反應(yīng)是受熱力學(xué)平衡限制的強(qiáng)放熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)速度加快，但CH4產(chǎn)率越低，所以在工程上采用多級(jí)固定床絕熱反應(yīng)器串聯(lián)流程，各級(jí)反應(yīng)器設(shè)置冷卻、除水等步驟，使溫度逐步降低（見(jiàn)圖2甲烷合成與溫度的平衡曲線[2]），保證產(chǎn)品天然氣中的CH4體積分?jǐn)?shù)達(dá)96%以上。

圖2 甲烷合成平衡曲線

（2）裝備易大型化，單線生產(chǎn)能力可達(dá)10萬(wàn)m3/h～20萬(wàn) m3/h。

（3）采用第一級(jí)甲烷合成反應(yīng)器（循環(huán)）出來(lái)的150℃～190℃含大量水蒸氣的熱循環(huán)氣，控制第一級(jí)甲烷合成反應(yīng)器（補(bǔ)充）床層溫度。循環(huán)氣采用熱循環(huán)工藝，循環(huán)氣量為采用冷循環(huán)工藝的1/4～1/3，催化劑的裝填量也相對(duì)較少，反應(yīng)器尺寸大大縮小，從而降低了循環(huán)壓縮機(jī)能耗，并節(jié)省大量防甲烷合成反應(yīng)結(jié)炭所需的蒸汽。

（4）甲烷化合成天然氣工藝能量的有效轉(zhuǎn)化率達(dá)80%～85%，產(chǎn)生的廢熱能約占總能的20%，利用這部分廢熱能可生產(chǎn)4 MPa～10 MPa、450℃～530℃高壓過(guò)熱蒸汽、少量低壓蒸汽及預(yù)熱脫鹽水，廢熱能回收率可達(dá) 96%～98%。

（5）生產(chǎn)的天然氣CH4體積分?jǐn)?shù)達(dá)96%～97%，熱值可達(dá)35 MJ/m3～36 MJ/m3，華白指數(shù)48左右，燃燒勢(shì)38～43，無(wú)硫，CO和CO2含量等都達(dá)到國(guó)家一類天然氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足高壓長(zhǎng)輸管道標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 甲烷合成催化劑

催化劑是甲烷合成技術(shù)的核心，要求活性好、選擇性好、轉(zhuǎn)化率高、壽命長(zhǎng)。20世紀(jì)80年代建成的美國(guó)大平原天然氣工廠，魯奇公司選用中溫鎳催化劑。21世紀(jì)初中國(guó)投產(chǎn)的3個(gè)工廠，基本建成的2個(gè)工廠都選用托普索或戴維高溫催化劑，生產(chǎn)操作證明其安全、可靠。魯奇、托普索、戴維3個(gè)公司的催化劑性能見(jiàn)表2。

表2 魯奇、托普索、戴維3個(gè)公司的催化劑性能

3.4 高溫甲烷合成工藝流程

高溫甲烷合成工藝流程示意圖見(jiàn)圖3。來(lái)自界外的合成氣［30 ℃、3.2 MPa～3.3 MPa、n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=3.04］進(jìn)入精脫硫槽1，保證合成氣中的總硫體積分?jǐn)?shù)＜30×10-9，合格的合成氣經(jīng)加熱到255℃分兩股：一股與循環(huán)氣壓縮機(jī)來(lái)的199℃、3.3 MPa熱的循環(huán)氣匯合進(jìn)入2A反應(yīng)器，2A出來(lái)的反應(yīng)氣經(jīng)6A余熱回收器后，分成2部分；一部分換熱至190℃后進(jìn)循環(huán)氣壓縮機(jī)，另一部分260℃的反應(yīng)氣與精脫硫來(lái)的255℃合成氣匯合后，進(jìn)入2B甲烷化反應(yīng)器。由于甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱過(guò)程，2A/2B反應(yīng)器中氣體溫度很快升到650℃～675℃。高溫工藝氣體進(jìn)入余熱回收器6A/6B，生產(chǎn)5.2 MPa的飽和蒸汽。6A、6B余熱回收器共用一個(gè)汽包7。余熱回收器出來(lái)的氣體約330℃，進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器3，出口反應(yīng)氣約540℃，進(jìn)入第二高壓蒸汽過(guò)熱器10，對(duì)第一高壓蒸汽過(guò)熱器9來(lái)的蒸汽進(jìn)行二次過(guò)熱至450℃。工藝氣體換熱至300℃左右，進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器4，出口反應(yīng)氣進(jìn)入第一高壓蒸汽過(guò)熱器9。換熱后240℃的反應(yīng)氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器5，此時(shí)反應(yīng)氣中的甲烷體積分?jǐn)?shù)已達(dá)97%，再經(jīng)低壓余熱回收器或脫鹽水預(yù)熱器11冷卻至40℃。

圖3 高溫甲烷合成工藝流程示意圖

甲烷化過(guò)程產(chǎn)生的廢熱中，以高壓過(guò)熱蒸汽回收的廢熱約占總廢熱的70%；其他以低壓蒸汽及預(yù)熱脫鹽水汽回收的廢熱約占總廢熱的27%；直接水冷熱損失僅占 2.5%～3.0%。

不同高溫合成天然氣工藝流程主要差別如下：

（1）為保證合成氣中的總硫體積分?jǐn)?shù)＜30×10-9，各公司都在甲烷化反應(yīng)器前增設(shè)精脫硫槽，有的采用二級(jí)精脫硫，有的僅用一級(jí)精脫硫。

（2）都采用高溫甲烷化催化劑，但溫度有差別，2A反應(yīng)器操作溫度：托普索為675℃，戴維為650℃。

正交試驗(yàn)-多指標(biāo)歸一化法優(yōu)化鳳丹皮水提工藝…………………………………………………… 王 培等（3）：361

（3）采用的高溫甲烷化催化劑起始活性溫度都在230℃左右，但進(jìn)2A/2B甲烷化反應(yīng)器入口溫度：托普索為230℃左右，戴維為260℃左右。由于300℃以下能發(fā)生生成羰基鎳的副反應(yīng)，影響催化劑的活性及壽命，托普索公司在2A/2B反應(yīng)器床層鎳催化劑上部增加了一種防止羰基鎳生成的催化劑。

（4）各公司都采用熱循環(huán)氣控制2A反應(yīng)器床層操作溫度，但循環(huán)氣壓縮機(jī)在流程中的位置有所不同：托普索公司設(shè)在2A反應(yīng)器出口，循環(huán)氣壓縮機(jī)入口溫度約190℃，水蒸氣體積分?jǐn)?shù)約24%；戴維公司設(shè)在2B反應(yīng)器出口，循環(huán)氣壓縮機(jī)入口溫度約159℃，水蒸氣體積分?jǐn)?shù)約21%。循環(huán)氣中水蒸氣含量越高，催化劑結(jié)炭的可能性越小。

（5）反應(yīng)器的數(shù)量根據(jù)原料氣中CH4含量及產(chǎn)品氣中CH4濃度定，一般采用3級(jí)4個(gè)反應(yīng)器或4級(jí)5個(gè)反應(yīng)器。前二個(gè)反應(yīng)器都分配一定的新鮮合成氣，2A反應(yīng)器的生成氣都進(jìn)2B反應(yīng)器，后面的反應(yīng)器都是串聯(lián)的。一級(jí)反應(yīng)器中除發(fā)生甲烷化反應(yīng)外，還可能伴有CO變換生成CO2的反應(yīng)。

（6）余熱回收根據(jù)煤氣化壓力及工廠熱能平衡確定，一般生產(chǎn)4.0 MPa～5.2 MPa、450℃高壓過(guò)熱蒸汽。余熱回收器設(shè)置在2A/2B反應(yīng)器出口，但蒸汽過(guò)熱器的位置有所不同：戴維公司設(shè)在2A反應(yīng)器出口，托普索公司設(shè)在第3、第4甲烷化反應(yīng)器出口，串聯(lián)過(guò)熱。

（7）余熱都按熱能的等級(jí)充分回收，除生產(chǎn)高壓過(guò)熱蒸汽外，有的選擇生成低壓飽和蒸汽和預(yù)熱脫鹽水及鍋爐給水，有的預(yù)熱脫鹽水、脫氧及鍋爐給水。廢熱能的回收率都能達(dá)到95%～98%。

4 合成天然氣脫水及壓縮

4.1 合成天然氣脫水

合成天然氣中含有大量水蒸氣，為防止管道輸送過(guò)程中產(chǎn)生冷凝水，形成水化物及腐蝕，在進(jìn)入管網(wǎng)前，必須按規(guī)定的露點(diǎn)要求，進(jìn)行干燥。天然氣脫水工藝主要有如下幾種：

所選的溶劑必須滿足對(duì)天然氣各成分及烴類的溶解度低、對(duì)水的溶解度大及水蒸氣吸收能力強(qiáng)的要求，同時(shí)要求溶劑蒸汽壓低、易再生、穩(wěn)定不腐蝕。三甘醇作為工業(yè)氣體脫水劑被廣泛采用。三甘醇脫水裝置主要包括吸收塔和再生系統(tǒng)，在高壓、常溫下吸收，低壓、溶劑沸點(diǎn)下再生。溶劑循環(huán)使用，再生熱源可以用蒸汽，也可以用燃?xì)狻?/p>

（2）固體吸收法

主要的固體吸附劑有分子篩、硅膠、活性鋁釩土等，改變溫度、壓力可實(shí)現(xiàn)對(duì)水蒸氣的吸附和脫附。該法由于投資大、成本高，不宜用于大規(guī)模天然氣的干燥。

（3）冷凍分離法

該法主要是利用氣體降溫、水蒸氣分壓降低來(lái)脫水，對(duì)于露點(diǎn)要求很低的深度脫水不宜選用。

工藝技術(shù)選擇：進(jìn)入長(zhǎng)輸管道的天然氣規(guī)模大，要求深度脫水，所以選用三甘醇脫水干燥系統(tǒng)。

4.2 合成天然氣壓縮

合成天然氣經(jīng)脫水后，壓力2.2 MPa。一般進(jìn)入主干管線或長(zhǎng)輸管線還需要加壓，壓縮機(jī)的壓力和能力視不同的工況選取。

5 結(jié) 語(yǔ)

5.1 3種煤氣化工藝中，固定床煤氣化工藝煤、氧消耗最低，能量轉(zhuǎn)化率最高，同時(shí)大大減小了煤制天然氣工藝流程中下游變換、低溫甲醇洗、甲烷合成、公用工程等裝置規(guī)模，節(jié)省了投資。煤種灰熔融性溫度高時(shí)，應(yīng)選用固定床干排灰氣化；當(dāng)煤種灰熔融性溫度不高時(shí)，可選用固定床液態(tài)排渣氣化。

5.2 采用不同煤氣化方式的煤制天然氣流程，其變換、凈化和甲烷合成工藝選擇有很大差別。

5.3 高溫甲烷合成工藝流程具有能耗低、能量回收率高的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為煤制天然氣項(xiàng)目的主流工藝，代表為托普索高溫甲烷合成工藝流程和戴維高溫甲烷合成工藝流程，兩者在精脫硫流程設(shè)計(jì)、循環(huán)氣壓縮機(jī)選型、反應(yīng)器數(shù)量、余熱回收流程設(shè)計(jì)等有一定差別。催化劑和工藝流程是甲烷合成的關(guān)鍵技術(shù)。目前，托普索和戴維均有高溫甲烷合成催化劑工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

5.4 為滿足進(jìn)入長(zhǎng)輸管線要求，合成天然氣通常采用三甘醇脫水干燥系統(tǒng)以達(dá)到規(guī)定的露點(diǎn)要求，并通過(guò)天然氣壓縮裝置達(dá)到規(guī)定的壓力要求。