李興忠（伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000）

1 煤制合成天然氣概述

廣義上說(shuō)，天然氣泛指自然界中存在的一切氣體。從能源應(yīng)用角度出發(fā)，天然氣主要是指可以用作燃料功能的油田氣、煤層氣、氣田氣等，主要由可燃燒的低分子烴類(lèi)和非烴類(lèi)氣體混合而成。

由于天然氣能源的種種優(yōu)勢(shì)，不僅在日常的生活中廣泛應(yīng)用，在汽車(chē)工業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域同樣有巨大的需求量。但由于我國(guó)的自然界天然氣儲(chǔ)量較少，無(wú)法滿足社會(huì)正常的需要，因此采用人工合成制氣的手段就成了必然。以?xún)?chǔ)量豐富的煤炭作為原料，發(fā)展煤制合成天然氣工藝，這是未來(lái)我國(guó)的主要能源產(chǎn)業(yè)方向。

2 甲烷化合成技術(shù)原理分析

經(jīng)過(guò)化學(xué)工藝分析不難發(fā)現(xiàn)，煤制天然氣的主要目的是將煤炭資源經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化后，獲得主要的成分甲烷。其工藝路線并不復(fù)雜，相關(guān)的方程式如下所示：

其中，煤制合成天然氣原料H2、CO、CO2等物質(zhì)來(lái)源于煤炭，通過(guò)原料煤與煤氣化裝置中的純氧、高壓蒸汽、催化劑等反應(yīng)得到粗煤氣，在經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換、脫酸（硫回收工藝）、空分等流程，最終實(shí)現(xiàn)甲烷化（SNG）。如此一來(lái)，可以有效提高煤炭的利用率，在應(yīng)用的過(guò)程中，通過(guò)化工工藝減少內(nèi)部蘊(yùn)含的有害物質(zhì)，減少空氣污染，一舉多得。

甲烷化反應(yīng)是煤制合成天然氣工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在催化劑的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，因此具有很高的燃燒值。甲烷反應(yīng)熱的釋放量幾乎是甲醇液體的兩倍，這對(duì)反應(yīng)設(shè)備也提出了更高的要求。

3 煤制合成天然氣工藝中典型的甲烷化合成技術(shù)

以煤炭為原料的甲烷化合成技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代，受到世界石油危機(jī)的沖擊，德國(guó)魯奇公司開(kāi)發(fā)了煤制合成天然氣的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，引發(fā)了新的能源技術(shù)革命。

就國(guó)內(nèi)而言，并沒(méi)有完善的天然氣合成技術(shù)，但是在低濃度一氧化碳甲烷化以及城市煤氣技術(shù)方面十分成熟，與現(xiàn)代煤化工聯(lián)合生產(chǎn)結(jié)合緊密。例如，在煤化工業(yè)制造合成氨的過(guò)程中，需要脫除一氧化碳、二氧化碳以減輕對(duì)催化劑的負(fù)面影響，通過(guò)酸性氣體脫離技術(shù)之后，加入蒸汽、氫氣等物質(zhì)實(shí)現(xiàn)CH4的轉(zhuǎn)化。

城市煤氣化需求是我國(guó)進(jìn)行煤制合成氣開(kāi)發(fā)的主要?jiǎng)恿?，尤其是近年?lái)隨著中國(guó)城市化進(jìn)程加快，對(duì)生活用煤氣的消費(fèi)量不斷提升。國(guó)內(nèi)開(kāi)展的煤制合成天然氣城市化使用技術(shù)，主要依賴(lài)于魯奇工藝，生產(chǎn)的粗煤氣經(jīng)過(guò)凈化之后，可以直接用于煤氣管道的輸送；相對(duì)于自然開(kāi)發(fā)天然氣而言，城市煤氣的甲烷含量比例只有15%左右，一氧化碳的濃度為35%-40%。

為了進(jìn)一步滿足天然氣工業(yè)需求，我國(guó)煤制合成天然氣工藝中的甲烷化技術(shù)不斷發(fā)展，在引進(jìn)的甲烷化合成技術(shù)中各有特點(diǎn)。

3.1 Davy甲烷化技術(shù)特點(diǎn)

上世紀(jì)60年代，英國(guó)Davy公司開(kāi)發(fā)了CRG技術(shù)并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性城市煤氣生產(chǎn)，主要采用的是價(jià)格低廉的烴類(lèi)餾分形式，將煤炭資源中容易獲取的液體餾分作為生產(chǎn)富甲烷氣體原料（早期主要為石腦油），需要利用低溫環(huán)境；上世紀(jì)80年代，Davy甲烷化技術(shù)轉(zhuǎn)向煤制合成天然氣領(lǐng)域，并研制成功渣氣化爐、CRG催化劑等工藝。

Davy甲烷化技術(shù)做大的特點(diǎn)是反應(yīng)穩(wěn)定，在反應(yīng)中采用的是CRG高鎳催化劑，最佳活性溫度為300-600攝氏度，反應(yīng)跨度很大?？傮w而言，英國(guó)Davy甲烷化技術(shù)采取中壓合成條件（1-6MPa），可以實(shí)現(xiàn)完全甲烷化、不需要調(diào)節(jié)氧氣和氫氣的比例、催化劑穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 魯奇甲烷化工藝特點(diǎn)

德國(guó)魯奇公司是世界上第一家以煤炭為原料進(jìn)行合成氣（SNG）工藝研發(fā)的企業(yè)，該裝置有三個(gè)固定床反應(yīng)器組成，其中兩個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫反應(yīng)，第三個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)CO和CH4的轉(zhuǎn)化，也被稱(chēng)為“大量甲烷反應(yīng)器”；兩個(gè)高溫反應(yīng)器的應(yīng)用是不斷循環(huán)的，為大量甲烷反應(yīng)提供必要的原料，保障整個(gè)工藝的完整性、連續(xù)性。

3.3 TREMP甲烷化技術(shù)特點(diǎn)

TREMP技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)單地說(shuō)包括兩個(gè)方面：第一，熱回收率高。TREMP技術(shù)采用的是MCR-2X催化劑類(lèi)型，可以有效加速甲烷化反應(yīng)速度，提高熱回收率，大約84.4%的高壓蒸汽能量得到回收；第二，催化劑的活性?xún)?yōu)越。TREMP催化劑系列在700攝氏度的情況下依然可以保持較高的活性，對(duì)減少氣體循環(huán)、降低壓縮機(jī)功率、節(jié)約能源消耗等有重要的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程推進(jìn)，社會(huì)對(duì)能源的多樣化需求日漸強(qiáng)烈，天然氣的應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)寬。積極發(fā)展煤制合成天然氣技術(shù)，可以有效地彌補(bǔ)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的缺陷。同時(shí)，在甲烷化合成技術(shù)方面，除了引進(jìn)、借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)外，還應(yīng)該加快研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)的完善。

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[2]周華群,張謙溫,陳靜,張?zhí)旄?煤制合成天然氣中甲烷化過(guò)程的分析與計(jì)算[J].石油化工,2014,05:498-504.