托普索甲烷化技术

丹麦托普索公司甲烷化技术

技术简介

托普索公司开发甲烷化技术可以追溯至20世纪70年代后期，该公司开发的甲烷化循环工艺(TREMP TM)技术具有丰富的操作经验和实质性工艺验证，保证了这一技术能够用于商业化。该工艺已经在半商业规模的不同装置中得到证明，在真实工业状态下生产200～3000 m3/h 的合成天然气(SNG)产品(意味着反应器直径是唯一的规模放大参数)。托普索公司开发的MCR-2X催化剂在托普索中试装置和德国Union Kraftstoff Wesseling(UKW)的中试装置中，均进行了独立测试。在中试时，最长的运行时间达到了10000 h，证明MCR-2X是一种具有长期稳定性的催化剂。MCR-2X催化剂累计运行记录超过了45000 h。在TREMP TM工艺中，反应在绝热条件下进行。反应产生的热量导致了很高的温升，通过循环来控制第一甲烷化反应器的温度。MCR-2X催化剂无论在低温下(250℃)还是在高温下(700℃)都能稳定运行。反应器在高绝热温升下运行的可能性使循环气体量减少，降低循环机功耗。TREMP TM工艺一般有3个反应器，第二和第三绝热反应器可用一个沸水反应器(BWR)代替，投资较高，但能够解决空间有限问题。另外，在有些情况下，采用4个绝热反应器是一种优化选择，而在有些条件下，使用1个喷射器代替循环压缩机可能会更合适。除了核心技术外，因为生产甲烷的过程要放出大量的热量，如何利用和回收甲烷化热量是这项技术的关键。托普索公司可以将这些热量再次利用，在生产天然气的同时，产出高压过热蒸汽，这些蒸汽可以用于驱动空分透平。托普索TREMP TM工艺的特点如下：

(1)单线生产能力大，根据煤气化工艺不同，单线能力在10～20万m3/h天然气之间。

(2)MCR-2X催化剂活性好，转化率高，副产物少，消耗量低。

(3)MCR-2X催化剂使用温度范围很宽，在250～700℃范围内都具有很高且稳定的活性。催化剂允许的温升越高，循环比就越低，设备尺寸和压缩机能力就越小，能耗就越低。托普索TREMP TM工艺循环气量是其他工艺的十分之一。

(4)MCR-2X催化剂在高压情况下，可以避免羰基形成，保持高活性、寿命长。

(5)可以产出高压过热蒸汽(8.6～12.0 MPa，535℃)，用于驱动大型压缩机，每1000 m3天然气副产约3 t高压过热蒸汽，能量效率高。

(6)冷却水消耗量极低(每生产1 m3产品气，冷却水消耗低于1.8 kg)。

(7)高品质的替代天然气，甲烷体积分数可达94～96%，高位热值达37260～38100 kJ/m3，产品中其他组分很少，完全可以满足国家天然气标准以及管道输送的要求。

(8)甲烷化进料气的压力高达8.0 MPa，可以减少设备尺寸

流程概述：煤（可以是褐煤）经过气化（多选用Lugri、BGL固定床气化）后生成粗合成气，经过耐硫CO变换，利用低温甲醇洗脱除酸性气体CO2(<1%)和H2S（<0.1ppm），酸性气体进入焚化炉和SO2转换器生成SO3，经过浓缩塔后冷却，用酸泵打到储罐，净化后的合成气(温度325℃)进入反应器1(固定床，填有托普索MCR-2催化剂)，第一反应器出口气体温度650℃，CH4含量57％，被两段冷却，一部分循环与原料气混合，另一部分进入反应器2继续甲烷化反应，出口温度494℃，CH4含量80％，经过高压锅炉后进入反应器3，出口温度342℃，CH4含量94％，经过冷凝和压缩可以并人天然气管网。

催化剂介绍：普索公司提供催化剂基于独立开发的技术。托普索在利用结合知识方面处于一个独特的位置。高温甲烷化催化剂MCR-2的开发顾及到一个独特的技术因素，例如高的能量利用效率和独特的催化剂形状以保证低的压力降。通过45000多小时的运行操作来保证其长期的稳定性，MCR-2催化剂寿命大约4年。

我国也有单位开展了煤制天然气技术的研究，但尚未工业化应用。中国科学院大连化学物理研究所在低热值煤气甲烷化制取中热值城市煤气方面进行了大量研究工作。大连普瑞特化工科技有限公司以该所具有独立知识产权的工业气体净化专利技术成果作为公司的主要支撑技术推出了煤制人造天然气甲烷化催化剂及技术。化学工业第二设计院在煤制天然气项目中采用的碎煤加压气化、低温甲醇洗气体净化都是自有的成熟可靠技术，尤其是碎煤加压气化技术，相比其他同类技术大大提高了煤的利用率。