绝热固定床甲烷化工艺反应体系温控设计.pdf

学兔兔学兔兔 天然气化工(C 化学与化工) 2015年第40卷 绝热固定床甲烷化工艺反应体系的温控设计 宋鹏飞，侯建国，王秀林，高 振，姚辉超，张 瑜，穆翔宇 (中海石油气电集团技术研发中心，北京 100007) 摘要：绝热固定床甲烷化工艺的温度控制的核心目的是保护催化剂、调控反应深度。在工艺设计中一般通过循环富甲烷产 品气或加入水蒸气来稀释人i：1(C0+C09含量，调控入口温度等方式和手段实现温度控制。对绝热固定床甲烷化工艺反应系统 的温度控制原理和工业化装置的调控手段进行分析和总结，给出温度有效调控的建议。 关键词：甲烷化；合成天然气；固定床；温度控制 中图分类号：TQ221．11 文献标识码：A 文章编号：1001—9219(2015)06—66·03 我国的能源结构特点是富煤、贫油、少气，且煤 1 绝热固定床甲烷化工艺的温度设 炭资源分布极不均衡，煤炭长期以来在能源生产和 计 消费结构中占主要比例。发展高效、低碳、洁净的煤 炭资源利用技术具有十分重要的意义【J】。通过甲烷 采用绝热固定床的甲烷化工艺中的甲烷化反 化把煤炭和焦炉煤气制成替代天然气(SNG)是弥补 应近似达到热力学平衡的状态，放热量与(CO+C02) 我国天然气供应不足的一条切实可行的途径。 的反应量即甲烷化反应的深度有关。理想状态下单 甲烷化是指CO或C0 在催化剂作用下加氢生 个绝热甲烷化反应器内的甲烷化反应的深度的主 成CH 和H20的强放热反应豳： 要影响因素有： 3H2+CO CH4+H20 ( 98 一206kJ／mo1) ①反应器入口原料气中有效气(CO、CO 、H )的 4H2+CO2 CH4+2H2O (,M-／298 一165kJ／mo1) 含量； 具有反应迅速、放热量大、易积炭等特点。每转化 ②反应器入口温度； 1％的CO或CO 为甲烷，气体的绝热温升分别达 ③反应体系压力。 74cc或60~CP1。典型的焦炉煤气中C0和CO2的物质 反应器进出口的(C0+C09的浓度差能直接体 的量分数约为8％～14％，煤气化工艺制得的煤气中 现甲烷化反应的深度及反应体系的放热负荷。国内 C0的物质的量分数约为23％~60％t41，其甲烷化反 某焦炉煤气甲烷化工业化装置中第一甲烷化反应 应过程中放出巨大热量，热量的有效控制对甲烷化 器人口(CO+C02)的物质的量分数 (CO+CO2)约为 装置的平稳安全运行关系重大。张新波等同认为高 7．5％，温度300％的情况下，反应器出口的x(CO+ 温甲烷化工艺流程利用温度对化学平衡进行限制， C02)约为3％，出口温度约为580~C；某煤制天然气 甲烷化反应达到某一温度的平衡状态后绝热炉的 甲烷化工业化装置中第一甲烷化反应器入口x(CO+ 温度就不会再升高，从而实现对甲烷化催化剂的保 CO9约为1l％，温度320~C的情况下，反应器出口的 护。崔晓曦等同认为通过严格控制每级反应器的甲 x(CO+CO9约为5．8％，温度约为63012。两种甲烷化 烷化转化率并配套大量的换热器来实现对甲烷化 的第一甲烷化反应器温升控制在300％左右，参与 系统的温度控制，甲烷化反应条件在277～357 和 反应