煤制天然气甲烷化工艺全流程模拟研究.pdf

学兔兔 14 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2015，25(1) 煤制天然气甲烷化工艺全流程模拟研究 兰荣亮 马 炯 汪根宝 中石化南京工程有限公司 南京 211100 摘要 采用Aspen Plus模拟软件建立煤制天然气甲烷化工艺模型，通过研究循环比对主反应器出口温度、 压缩机功耗和产品甲烷纯度的影响，以及原料气分配比 (分流率)对主反应器出口温度的影响，模拟计算得到 适宜的循环比和分流率、反应器操作压力和产品甲烷纯度的关系等结果，为煤制天然气甲烷化工艺设计提供 参考。 关键词 煤制天然气 甲烷化 Aspen Plus模拟计算 我国的能源结构特点是 “富煤、贫油、少 属于放热反应，转化1％的CO，可产生74o【=的绝 气”，发展煤制天然气可以优化能源供给结构，减 热温，升转化 1％的CO ，可产生60℃的绝热温 轻环保压力和对石油资源的依赖。我国天然气需 升。因此，及时移走大量反应热、控制反应过程 求量逐年加大，对外依存度呈现快速上升趋势。 稳定进行、确保催化剂的反应活性和寿命、获得高 据预测，到2020年，国内天然气缺口将达2000亿 纯度的甲烷产品，将是甲烷化工艺设置的关键环节。 立方米¨J。这从客观上加大了对替代天然气的需 1．2 流程简述 求力度。近年来，由于煤制天然气与煤制甲醇、 煤制油、煤制乙二醇相比，具有能源转化效率高 目前，成熟的高温甲烷化工艺主要有英国戴 (达到56％以上)、流程短、市场需求大、经济效 维 (DAVY)公司的 CRG技术、丹麦托普索 益好等突出优点，受到了研究者广泛关注 J。 (Topsoe)公司的TREMPTM工艺和德国鲁奇 (Lu一 甲烷化工艺是煤制天然气过程的关键技术， )甲烷化技术，这几种甲烷化工艺流程较为相 本文采用Aspen Plus流程模拟软件建立煤制天然气 似 J，都有运行的工业装置。本文所研究的工艺 甲烷化工艺模型，进行全流程工艺计算和分析， 流程见图1。 为甲烷化流程工业化装置的设计和研究提供参考。 1 甲烷化工艺原理 1．1 反应原理 甲烷化反应体系为一个涉及气固两相的多组 分系统，在催化剂的作用下，主要发生以下 反应 ，引： CO+3H2¨CH 4+H2O AH=一206kJ／mol (1) 1一第一主反应器 2-第二主反应器 3一第一补充反应器 CO2+4H2++CH 4+2H20 △矗=一165kJ／mol (2) 4一第-$b充反应器 5一脱硫槽 6一进料分离罐 7一第一废热锅炉 8一蒸汽过热器 9-第二废热锅炉 CO+H2O++H2+CO 2 AH=一41kJ／mol (3) lO一循环气换热器 11一补充换热器 12一第一进料换热器 l3一锅炉给水加热器 l4一产品．空冷器 l5一产品冷却器 2C0+*C02+C i AH=一172kJ／mol (4) l6-产品气分离罐 17-循环压缩机 l8一锅炉给水加热器