摘要：隨著人們生活水平的提高，對居住環(huán)境的要求也日益提高，在這個背景下人們對優(yōu)質清潔能源天然氣的需求也急劇攀升，其在能源結構中的比例迅速增加。中國天然氣儲量不足、產(chǎn)能有限的能源現(xiàn)狀，導致天然氣供需矛盾日益突出。基于此本文探討了煤制天然氣的特點，分析了煤制天然氣的預處理工藝及工藝流程。

　　關鍵詞：煤制天然氣;工藝流程

　　引言

　　煤制氣項目對工業(yè)快速發(fā)展具有一定的必要性;對于人們生活質量的提高也具有重要的意義。特別是煤制天然氣項目，它具有廣闊的發(fā)展空間和光明的發(fā)展前景。從技術上說：煤制氣技術中，SNU技術效率高而且環(huán)保，在煤制天然氣技術上我國也有所突破。隨著市場油價的增長，煤制天然氣發(fā)展空間很大，同時國家政策又給予有利的鞭策及支持，這使煤制氣更“健康而茁壯成長”。

　　能源方向論文范例：天然氣儲運技術及其應用發(fā)展前景探討

　　1.煤制天然氣的特點

　　煤制天然氣工藝一般包括氣化、凈化、合成干燥等單元，配套空分、硫回收、冷凍、動力站和公用工程等。SNU作為經(jīng)化工工藝加工生產(chǎn)的天然氣，其氣質組成與管道天然氣相比有著明顯差異。

　　(1)SNU經(jīng)過了嚴格的脫硫工序，基本不含硫。在凈化單元，粗合成氣經(jīng)過變換和低溫甲醇洗，大部分含硫化合物、CO2等雜質被脫除，總硫含量可以降低到0.lmg/mj以下，CO2摩爾分數(shù)可以降低到1%以下。由于甲醇洗在低溫下進行，粗合成氣中可能含有的微量輕烴也被液化或吸收。考慮到甲烷化催化劑不耐硫，合成氣在進行甲烷合成前，還要經(jīng)過脫硫槽，將硫含量控制在30μg/mj以下。因此，SNU中的總硫含量遠低于管道天然氣。

　　(2))SNU的CO2摩爾分數(shù)很低，通常在1%以下。原因是大部分在凈化單元己被脫除，剩余少量CO2和H：在甲烷合成單元可以反應產(chǎn)生CH4。管道天然氣因產(chǎn)地不同，CO2摩爾分數(shù)通常在千分之幾到百分之幾的范圍，根據(jù)UB/T37124-2018《進入天然氣長輸管道的氣體質量要求》，CO2摩爾分數(shù)在3.0%以下即可進入管道。

　　(3)SNU的CH4體積分數(shù)一般高于管道天然氣，而非甲烷烴類的很低，僅為10級，這與其采用合成氣經(jīng)甲烷化合成工藝有關。管道天然氣的非甲烷烴類摩爾分數(shù)通常在百分之幾，遠高于SNG。

　　(4)SNU通常含有百分之幾的氫，原因是在甲烷合成單元，為了保證CO全部參加反應，H2一般是過量的。管道天然氣中氫含量遠低于SNG。

　　2.天然氣預處理工藝

　　煤制天然氣進行預處理的目的是脫除其中含有的有害雜質，以及在深冷過程中可能結晶的物質，常用的預處理工藝流程是先對原料氣進行過濾，除去其中的液體和固體雜質，然后進行脫硫、脫碳、脫水、脫苯和重烴、脫汞等，最后再經(jīng)過過濾。

　　2.1脫硫脫碳的方法

　　脫硫脫碳即脫除酸性氣體，通常有吸收法、吸附法和膜分離法3種方法。

　　吸收法包括化學吸收法和物理吸收法。醇胺法具有成本低、反應快、吸收劑穩(wěn)定性好、易再生等特點，是常用的化學吸收法;低溫甲醇洗工藝對酸性氣有良好的脫除效果，并能脫除水分、苯、重烴以及重金屬，是常用的物理吸收法。

　　吸附法是利用酸性氣體在固體吸附劑表面的吸附作用，脫除天然氣中的酸性氣體，操作簡單，常用于小型裝置。

　　膜分離法是近年來隨著膜工業(yè)的迅速發(fā)展而興起的一種天然氣凈化法，該法利用了膜的選擇滲透特性過濾掉天然氣中的酸性氣分子，從而實現(xiàn)脫除酸性氣的目的。SNG中基本不含硫，預處理工藝中重點是考慮脫碳。

　　2.2脫水的方法

　　脫水的方法有很多種，如低溫法、溶劑吸收法、吸附法等，但能夠滿足LNU生產(chǎn)要求的方法主要是吸附法，采用管道天然氣生產(chǎn)LNU的工廠一般都采用吸附法脫水，吸附劑為分子篩。

　　2.3脫苯和重烴的方法

　　對LNU生產(chǎn)有影響的主要是C5+以上烴類，在天然氣深冷循環(huán)中，重烴首先冷凝并分離出來，但苯在常壓、-70℃左右才會形成有劇毒的晶體，用一般的冷卻脫烴方法很難將其脫除，故一般采用5A分子篩脫苯和重烴。SNG中不含重烴和苯，預處理工藝中不需要設置該工序。

　　2.4脫汞的方法

　　汞的存在可能會腐蝕深冷過程中鋁制的板翅式換熱器，脫汞工藝主要有兩種：即美國UOP公司的HgSIV分子篩吸附法，以及采用浸硫活性炭使汞與硫產(chǎn)生化學反應，生成硫化汞并吸附在活性炭上的方法。

　　3.煤制天然氣的工藝流程分析

　　3.1原料氣來源

　　煤制氣項目中，離開甲烷化單元的SNU壓力為2.3~3.7MPa,溫度400℃，含有飽和水;再經(jīng)過先壓縮后干燥的工藝流程完成增壓和脫水后，以常溫和壓力8~12MPa狀態(tài)，進入天然氣管網(wǎng)。

　　以SNG為原料氣生產(chǎn)LNU，引氣點可以在甲烷化單元后，也可以在壓縮單元后，但從干燥裝置后引氣最經(jīng)濟，原因是天然氣中的大部分水分經(jīng)過壓縮、干燥后己經(jīng)脫除，有利于減輕預處理負荷;同時，氣體壓力較高，可以減小預處理和液化裝置設備尺寸，減少建設投資，同時，高壓也有利于吸收和吸附。

　　3.2流程分析

　　方案(1)脫碳化學吸收法，吸收溫度一般為45~600℃，壓力對吸收過程的影響較小，原料氣直接進入吸收塔與吸收劑反應，由于MDEA的蒸汽壓較低，只需在塔頂設置水冷器將原料氣冷卻到350℃，基本可以脫除夾帶的MDEA，經(jīng)過濾后即可進入后續(xù)的干燥和脫汞工序。由于吸收劑是水溶液，原料氣中的水分將再次飽和，增大了后續(xù)干燥單元的負荷。MDEA再生采用減壓閃蒸和熱再生兩步法，需要消耗部分低壓蒸汽。MDEA化學性質穩(wěn)定，腐蝕性低，受熱后也不會產(chǎn)生高腐蝕性物質，因此，吸收和再生設備和管道可以使用碳鋼。

　　方案(2)脫碳物理吸收法，吸收溫度

　　在-40~-600℃，高壓有利于吸收過程。為了降低吸收劑的溫升和減少冷量補充，原料氣與凈化氣換熱預冷后進入吸收塔，吸收劑為熱再生后的冷甲醇，基本不含水。由于吸收在低溫下進行，在脫除CO2的同時，實際上也脫除了水分，如果操作溫度控制在-600℃，凈化氣中的水分含量己經(jīng)基本可以滿足液化要求。但考慮到氣液分離實際效果，可能會有少量甲醇夾帶在凈化氣中，后續(xù)仍需設置吸附脫水和脫汞工序。甲醇送上游單元CO2解吸塔閃蒸后熱再生。甲醇性質穩(wěn)定，也沒有腐蝕性，但毒性較強。由于在低溫下操作，吸收單元設備需要采用低溫鋼材。

　　方案(3)干法脫碳，考慮到原料氣中的CO2和水分含量都較低，且不含H2S等其他氣體雜質，在雙層床吸附器內(nèi)將COz和水分一次性脫除川。由于吸附劑對水分的吸收能力更強，吸附水分后，吸附劑對CO2的吸附容量會有一定程度的降低，故采用先脫水、后脫碳的流程，以減少脫碳吸附劑的用量。吸附劑的再生采用煤制氣項目空分裝置的低壓氮氣，與采用原料氣或BOG的常規(guī)流程相比，減少了消耗。再生氣需要升溫到250~3000℃，采用中壓蒸汽作為熱源。

　　結語

　　綜上所述，煤制SNG是一舉數(shù)得的有效措施，有望成為未來煤炭資源和生物質資源等綜合利用的發(fā)展方向。

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　　作者：秦超