焦爐煤氣甲烷化工藝及催化劑失活原因剖析

郄志強

（山西華興能源有限責任公司，山西 臨汾 042600）

引言

近年來，我國天然氣需求持續攀升，供應缺口持續增大，焦爐煤氣合成天然氣發展迅速并且成為中國非常規天然氣的重要補充。焦爐煤氣制天然氣不僅可以彌補能源供應缺口，而且可以改善能源質量、減少溫室氣體的排放，使資源最大限度地得到利用，具有良好的經濟效益和深遠的社會意義[1]。

焦爐煤氣制天然氣裝置中根據移熱方式的不同，概括起來有以下兩種工藝類型：絕熱固定床甲烷化工藝和等溫甲烷化工藝。本文主要對國內焦爐煤氣甲烷化工藝和甲烷化催化劑失活原因進行探討。

1 甲烷化原理

如表1 所示，焦爐煤氣的主要成分是H2、CH4、CO、CO2，含有甲烷合成所需的H2、CO、CO2，若可以加入一定量的CO2，不僅可以提高天然氣的熱值和產量，還符合當下“雙碳”政策。甲烷化反應原理如式（1）～式（6）。

表1 典型焦爐煤氣的組成成分表

主反應：

副反應：

由式（1）、式（2）可知，甲烷化反應是強放熱和氣體分子數減少的反應，根據勒夏特列原理，降低溫度或升高壓力利于甲烷的生成。每1%CO 轉化的絕熱溫升為72 ℃，每1%CO2轉化的絕熱溫升為60 ℃。當反應溫度大于600 ℃時，主反應基本逆向進行。因此，甲烷化工藝中溫升的控制至關重要。

式（5）、式（6）分別為CO 歧化反應，CH4裂解反應，這兩個反應是導致甲烷化催化劑積炭從而堵塞催化劑致使其失活的主要原因。當反應溫度較低時，析炭反應主要為CO 歧化反應；當反應溫度較高時，析炭反應主要為甲烷裂解反應[2]。……