９４ ２０１５．１２ 南方农机 化学与环境工程 煤制天然气工艺技术 王腾飞 （西京学院应用统计与理学系，陕西西安摘７１０１２３） 要：煤制天然气是一种高效率的清洁能源转化技术，能够有效消除煤直接燃烧造成的空气污染和废渣问题，对缓解国内能源供应和环境问题 之间的矛盾有着重要意义，本文主要研究煤制天然气技术，总结分析了煤制天然气技术的发展现状和瓶颈，并着重研究了固定床甲烷化技术和两 种气化技术．。 关键词：煤制天然气：催化剂：工艺 中图分类号：０６４３．３６ 文献标志码：Ａ １ 煤制天然气技术概况 煤制天然气首先将煤气化生成合成器，之后进行一氧化碳变 换净化，再接受甲烷化反应，生成天然气。现阶段，煤制天然气 已经有了成熟的技术，气化技术革新和催化剂的选择成为了研究 关注的重点。 现阶段，煤气化工艺主要有蒸汽一纯氧气化、加氢气化、催 化蒸汽化三类。 纯氧化工艺是一种传统的煤气化工艺，煤和纯氧加入气化炉 发生气化反应，这是一种比较成熟经济的气化方法，美国大平原 煤制天然气项目的工业化生产就选用了这种工艺，对气化条件和 温度压力的控制要求较高 。加氢气化是另外一种煤气化工艺， 煤和氢气在气化炉中将反应生成甲烷，氢气可以直接外来，或者 从甲烷蒸汽中重整获得，甲烷重整能够生成一氧化碳和氢气。 催化蒸汽化是一种高效率的煤气化工艺，在催化剂条件下， 煤气化反应和甲烷化反应同时进行，甲烷反应提供的热量直接供 气化反应进行，通过催化。美国巨点能源公司的蓝气技术应用了 单体反应器和自主研发的可回收廉价技术催化剂，借用甲烷化反 应热维持气化反应进行，无需添加纯氧，减少了煤气化反应造成 的热量损失，已经开始了工业规模的试运行“ 。加氢气化与催化 蒸汽化无需空分装置，反应效率更高，能耗更小，但是催化剂的 分离回收困难，且催化剂的失活问题比较严重，短时间内难以克 服。 ２煤制天然气工艺 介绍几种国内已经投入工业化生产的成熟煤制天然气生产工 艺和先进的气化技术。 ２．１固定床甲烷化 甲烷化反应是一种强放热反应，固定床反应器中添加了列管 换热器释放反应热量，即便如此，甲烷化反应仍然需要逐步进行， 在多个反应器中加深反应程度，逐级释放热量，采用多步气体循 环的方式进行逐级冷却。 １）鲁奇煤制天然气技术 这是一种成熟的、已经投入工业化生产的煤制天然气技术， 使用了两个绝缘固定床反应器，分别采用容易失活的２０％Ｎｉ／Ａｌ ０。 和活性寿命均比较理想的高镍催化剂参与反应，美国大平原天然 气项目就采用了这种技术，南非Ｆ—Ｔ煤制油工厂的半工业化煤制 天然气试验工程同样采用了这项技术，奥地利维也纳石油化工的 半工业化设备也针对该技术进行了试运行，几套设备的长期运转 性能均比较理想。 ２）托普索煤制天然气技术 托普索甲烷化工艺使用了三个绝热固定床反应器，不同反应 器的反应温度存在一定差别，反应压力都维持在３ＭＰａ。 作者简介：王腾飞（１９９２－），男，陕西榆林人，西安西京学院应用统计 与理学系２０１２级应用化学专业在读本科生，研究方向：煤 化工应用。 文章编号：１６７２—３８７２（２０１５）１２ ００９４ Ｏｌ ３）浆态床甲烷化工艺 该项技术中使用了大导热系数、大热容的液相惰性介质，实 现了甲烷化反应热量的迅速释放，营造了类似恒温的反应条件， 维持合成反应在最佳动力学一化学平衡状态，降低了甲烷化反应 门限温度，避免了催化剂在高温反应中出现的失活问题。 。。该工 艺使用的反应设备是一种搅拌釜式的反应器，外部配备加热和保 温装置，内部配备冷却盘管和气体分布、气液分离器装置，原料 气进入液态反应床之后，在液相中和催化剂充分接触，在全混流 状态下完成反应，温度控制简单有效，催化剂选择性更强。 ２．２气化技术 煤的气化仍然是煤制天然气工艺的关键技术，对降低煤制天 然气反应成本，提高反应效率有着重要意义。现阶段，比较成熟 的气化技术主要有如下几种。 １）Ｌｕｒｇｉ碎煤加压气化技术 为第一代煤制天然气气化技术，出现在上世纪３Ｏ年代，采用 自热、逆流移动床的生产方式，以氧一水蒸气为氧化剂，从顶部 闸斗仓送入煤块，煤块加入气化炉后经干燥、干馏、气化、燃烧 后，使用刮刀清除煤渣，氧化计通过喷嘴进入气化炉底部，借助 炉篦使之和逆流煤充分反应，生成煤粗气，经气化炉顶排出，接 受进一步的洗涤冷却。 ２）ＢＧＬ碎煤熔渣气化技术 该项技术是英国煤气公司和德国鲁奇公司对鲁奇公司原４型 炉的改制，是一种液态排渣固定床加压气化技术，相比于固态排 渣，反应设备更加简单，炉篦以渣池代替，煤从顶部加入，迎着 气流向下移动过程中分别经过干燥、干馏和气化燃烧，气化剂经 气化炉底部喷嘴喷入，使气化炉底部维持在搅动燃烧状态，产生 的高温直接融化炉渣，自动流到炉底收集池，煤粗气从上部排出。 ３结束语 煤制天然气是非石油原料生产石油产品的重要技术手段，能 够为国家提供天然气供应，同时解决煤炭燃烧造成的污染问题， 同时获得了较高的能量效率，是一种高效的煤炭资源利用效率， 我国煤炭资源储量相对丰富，采用煤制能源产品代替石油产品， 对保护国家能源安全有着重要的战略意义。 参考文献： ［１］付国忠，陈超．我国天然气供需现状及煤制天然气工艺技术和 经济性分析［Ｊ］．中外能源，２０１０，（６）：２８－３４． ［２］杨春生．煤制天然气产业发展前景分析［Ｊ］．中外能源，２０１０， （７）：３５—４０． ［３］邵迪．固定床与气流床水煤浆气化集成的煤制天然气系统能 量与经济分析［Ｄ］．上海：华东理工大学，２０１３． ［４］蔺华林，李克健，赵利军．煤制天然气高温甲烷化催化剂研究 进展［Ｊ］．化工进展。２０１１，（８）：１７３９—１７４３． （收稿日期：２０１５ １ｌ一２４）