摘要：隨著人們生活水平的提高，對居住環境的要求也日益提高，在這個背景下人們對優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、產能有限的能源現狀，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

　　煤制氣項目對工業快速發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，它具有廣闊的發展空間和光明的發展前景。從技術上說：煤制氣技術中，SNU技術效率高而且環保，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作為經化工工藝加工生產的天然氣，其氣質組成與管道天然氣相比有著明顯差異。

　　(1)SNU經過了嚴格的脫硫工序，基本不含硫。在凈化單元，粗合成氣經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生CH4。管道天然氣因產地不同，CO2摩爾分數通常在千分之幾到百分之幾的范圍，根據UB/T37124-2018《進入天然氣長輸管道的氣體質量要求》，CO2摩爾分數在3.0%以下即可進入管道。

　　(3)SNU的CH4體積分數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甲烷化合成工藝有關。管道天然氣的非甲烷烴類摩爾分數通常在百分之幾，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的迅速發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生產要求的方法主要是吸附法，采用管道天然氣生產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生產有影響的主要是C5+以上烴類，在天然氣深冷循環中，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，進入天然氣管網。

　　以SNG為原料氣生產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濟，原因是天然氣中的大部分水分經過壓縮、干燥后己經脫除，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，經過濾后即可進入后續的干燥和脫汞工序。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化學性質穩定，腐蝕性低，受熱后也不會產生高腐蝕性物質，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展方向。

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　　作者：秦超