煤制天然氣凈化工藝研究

劉泉洲 張楌 史亞麗

長慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠，陜西延安 717500

從能源結構上看，我國具有“富煤、貧油、少氣”的能源結構特點，其中天然氣的消費比例遠低于世界平均水平。近年來，隨著我國經濟的快速發展以及城鎮化步伐的加快，對天然氣的需求日益增加。我國自身的天然氣產量以無法滿足天然氣的需求量，供需矛盾日益突出，進口依賴度逐年增大，對我國能源安全造成威脅。我國在“十三五”規劃中提出，鼓勵發展先進煤氣化、催化氣化、加氫氣化制取天然氣等技術及示范工程、支持進行煤的化學鏈氣化技術開發，在科技創新2030 年重大項目之煤炭清潔轉化中也提出煤炭利用亟待解決的重大科技問題。

1 煤制天然氣項目凈化工藝概述

低溫甲醇洗工藝。低溫甲醇洗工藝是一種物理吸收方法，在這一過程當中，首先需要冷卻甲醇，冷卻度為零下六十攝氏度左右，將其作為溶劑，用來吸收粗煤氣當中所產生的大量的二氧化碳以及輕油等等。通過深入的研究分析我們發現，在低溫條件之下，甲醇具備良好的吸附性，尤其是對于雜質，能夠實現有效的吸收，但是對于其中的一氧化碳和甲烷等化學氣體，吸收率卻并不高。當甲醇將粗煤氣當中的雜志吸收之后，就能夠實現對煤氣的凈化作用，將干凈的煤氣融合在一起，也就形成了潔凈天然氣。舉個例子來說，可以生產硫化氫，并且其濃度是非常高的，這樣一來，我們借助硫回收生產工藝，就能夠生產制造出硫磺。

NHD 凈化工藝。NHD 凈化工藝也被稱之為聚乙二甲醇醚法，這一工藝是我國自主研發出來的。我們應用NHD 凈化工藝，能夠實現對粗煤氣當中的雜質的有效凈化。從根本上上來說，NHD 凈化工藝和低溫甲醇洗工藝兩者之間存在著一定的聯系，那就是都屬于物理吸附工藝。不同的是，借助NHD 凈化工藝，在常溫環境下就能夠實現凈化，并且整個操作流程非常的簡單、便捷。不僅如此，NHD 凈化工藝的溶劑是沒有毒性的，并且飽和蒸汽壓并不高，因此溶劑的損失率是非常低的，再生消耗量也是非常低的。

2 煤制天然氣凈化工藝現狀

截至目前，在我國已建成的煤制天然氣示范項目中，大多采用的煤制天然氣技術是先將煤在高溫高壓條件下氣化得到富含粗合成氣的原料氣，再經變換、甲烷化過程制得天然氣產品，俗稱“兩步法煤制天然氣技術”或間接法煤制天然氣技術。典型煤氣化技術代表，如魯奇固定床氣化爐，出口氣中甲烷含量約10%；典型甲烷化技術，如戴維甲烷化技術、托普索甲烷化技術等。由于整套天然氣制取工藝需經煤氣化、除塵脫油、耐硫變換、脫硫脫碳后進行甲烷合成工段，要經歷高溫、低溫、再高溫的過程，能量利用效率差，導致工藝復雜、投資較大、能耗高，項目經濟性差。

煤催化氣化制甲烷技術是一種直接甲烷化技術。其核心是在堿金屬/堿土金屬催化劑作用下，煤在加壓流化床氣化爐中，在相對溫和的條件下進行氣化、變換和甲烷化反應生產甲烷產品。其中，氣化爐出口合成氣中甲烷含量在16%-20%，比現有固定床煤氣化制甲烷技術的甲烷含量高出近一倍。若利用此技術制取合成天然氣，可降低后續甲烷合成工段的反應負荷。后續工段繼續采用傳統的甲烷化技術，由于傳統甲烷化技術所用催化劑通常為鎳基催化劑，該催化劑對原料氫碳比和硫含量要求嚴格，需經過耐硫變換以及脫硫脫碳、精脫硫等工藝，以調節合成原料氣的氫碳比在3 .0 以上，同時將合成原料氣中的硫含量將至0 .1ppm以下，導致設備投資和運行費用大大增加。因此，開發在低氫碳比且含硫氣氛中仍具有較好甲烷化活性的催化劑，是甲烷合成技術的發展方向。

3 低溫甲醇洗凈化工藝與NHD 凈化工藝的參數比較分析

低溫甲醇洗工藝和NHD 凈化工藝的吸收能力比較。低溫甲醇洗工藝和NHD 凈化工藝在實際的凈化過程當中所應用的溶劑是不同的，因此其操作溫度也就不盡相同。低溫甲醇洗工藝，從字面上來說，對于溫度有著較高的要求，需要在零下六十攝氏度左右才能夠進行，而NHD 凈化工藝對于這一方面要求要低的多，在零下五攝氏度左右就能夠達到非常好的凈化效果。由于煤制天然氣當中含有大量的硫化氫、羰基硫以及二氧化碳等一系列的酸性氣體，這些氣體的溶解度在甲醇當中，要比NHD 凈化工藝所用的聚乙二甲醇醚中的溶解度高的多，在這種情況下，也就表明了低溫甲醇洗工藝的吸收能力是要比NHD 凈化工藝的吸收能力強的。

低溫甲醇洗工藝與NHD 凈化工藝在有效氣體損失和凈化能力方面的比較。我們都知道，低溫甲醇洗凈化工藝和NHD 凈化工藝兩者之間的操作條件是存在著一定的差異的，在這種情況下，兩者之間對于有效氣體的損失以及凈化程度必然是不同的。通過實驗我們發現，借助低溫甲醇洗凈化工藝來凈化煤制天然氣，在整個過程當中所損失的氫氣約占總量的百分之零點一二，而NHD 凈化工藝所損失的氫氣約占總量的百分之零點三九，由此我們不難看出，兩者相比較而言，低溫甲醇洗工藝的損失比NHD 凈化工藝要低的多。

結語

當前我國在粗煤氣凈化的過程當中，對于上述兩種凈化工藝均有著一定程度的應用。低溫甲醇洗工藝和NHD 凈化工藝兩者之間有著不同的優點以及缺點。但是，站在大型煤化工企業的角度上來說，在實際的應用過程當中，可以選擇應用低溫甲醇洗工藝，以此來充分的確保接下來甲烷化工藝的穩定性，同時也能夠降低企業的生產成本，進行科學合理的應用。