中國首創無循環甲烷化新工藝

文/于孟林

中國首創無循環甲烷化新工藝

文/于孟林

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

據了解，目前我國已建或正在建設的煤制天然氣項目，其核心甲烷化裝置還主要依靠引進國外各個專利商的循環工藝技術。而國外循環工藝的反應溫度通過循環氣量的調節來控制，存在循環氣量大、需配置高溫循環壓縮機、核心裝備及催化劑依賴進口、投資與能耗高、容易“飛溫”等問題。

神霧集團北京華福工程有限公司總經理汪勤亞表示，與傳統工藝相比，無循環甲烷化新工藝具有四大創新與優勢：一是投資與能耗方面，取消了循環氣壓縮機及其配套的廠房、管道、控制等附屬系統，實現了工藝技術、催化劑及核心裝備的國產化，裝置綜合能耗降低25%以上，投資降低20%以上；二是在系統控制方面，通過氫碳比的分級調節，實現了氫碳比的精準控制。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溫度，調節手段多樣，控制靈活精確，大大降低了催化劑床層飛溫的可能性，使合成系統的總氫碳比更容易調節，產品質量更穩定易控；三是采用自主開發的耐高溫甲烷催化劑，大連瑞克科技開發出的耐高溫型甲烷化催化劑，使用溫度范圍230～700℃，反應空速5000～20000h-1，使用壽命在兩年以上，性價比更優，運行費用低；該催化劑于2013年1月25日，通過了由大連市經濟和信息化委員會主持的“耐高溫甲烷化催化劑”新產品新技術鑒定，鑒定結果為產品整體性能達到國際先進水平；四是開發了內置廢熱鍋爐的軸徑向甲烷化反應器，北京華福開發的具有自主知識產權的內置廢熱鍋爐甲烷化反應器利用氣冷壁技術，冷氣走殼程，避免反應器外殼直接與高溫氣體接觸，取消了耐火磚，同時反應器內件不受壓，降低材質，節省投資。通過反應與廢鍋換熱的集成，簡化了流程，操作維護方便，系統壓損小，安全穩定性高。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的330立方米/小時（現已擴改為580立方米/小時）合成天然氣（SNG）無循環甲烷化中試裝置，于2015年10月24～27日，接受了中國石油和化學工業聯合會組織專家對其進行的72小時現場標定。結果表明，該中試裝置實現了連續穩定運行，各項參數達到或優于設計指標，實現了無循環甲烷化和碳氫比的分級調節，產品中CH4＞95%、H2＜2%，CO未檢出。同年11月23日，該工藝技術成果通過了由中國石油和化學工業聯合會組織的，以中國工程院院士金涌為主任的鑒定委員會的鑒定。專家組成員一致認為，該成果創新性強，具有自主知識產權；節省了循環壓縮機的投資和相應能耗，節能效果明顯，綜合技術水平達到國際先進。

汪勤亞介紹，該新工藝現已用于內蒙古港原1億Nm3/年、內蒙古烏海3億Nm3/年、新疆勝沃4億Nm3/年等數個合成天然氣（焦爐煤氣、熱解氣或電石爐尾氣為原料）項目中實現了從研發到工程化的轉化，并完成了13億立方米/ 年SNG工藝包編制。

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