新疆慶華能源集團(tuán)有限公司作為現(xiàn)代化煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)的典型代表，以資源循環(huán)利用，節(jié)能減排，降低能耗為企業(yè)最大優(yōu)勢(shì)。新疆慶華55億立方米/年煤制天然氣項(xiàng)目引進(jìn)的丹麥托普索甲烷合成工藝，就是目前世界上最先進(jìn)的同類生產(chǎn)工藝。該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)產(chǎn)能為171,875Nm3/h，以煤氣化裝置生產(chǎn)的原料氣為基礎(chǔ)，使H2分別和CO、CO2進(jìn)行反應(yīng)，合成合格的干基替代天然氣（SNG），產(chǎn)出合格天然氣，以下是對(duì)甲烷化工藝的簡(jiǎn)單介紹。
        丹麥托普索設(shè)計(jì)的甲烷化工藝流程，如圖1所示以下四個(gè)系統(tǒng)來(lái)組成：
         第一部分-原料氣脫硫系統(tǒng)
         第二部分-第一甲烷化系統(tǒng)
         第三部分-后續(xù)甲烷化和最終甲烷化系統(tǒng)
         第四部分-余熱回收和副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)。

        原料氣脫硫系統(tǒng)
        原料氣脫硫系統(tǒng)主要有兩個(gè)脫硫槽和兩個(gè)換熱器組成，分為低溫粗脫硫和高溫精脫硫，在不同催化劑的作用下，合成原料氣當(dāng)中的H2S、COS及有機(jī)硫等含硫成分在兩個(gè)脫硫槽中被脫除，使合成氣中的總硫含量被降低到0.01ppm，并送往第一甲烷化系統(tǒng)。
        第一甲烷化系統(tǒng)
        第一甲烷化系統(tǒng)主要由第一甲烷化反應(yīng)器（循環(huán)）和第一甲烷反應(yīng)器（補(bǔ)償）、高壓廢熱鍋爐、低壓廢鍋、循環(huán)氣壓縮機(jī)和換熱器組成。
甲烷合成是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，有效的降低反應(yīng)熱是成為甲烷化反應(yīng)的關(guān)鍵部分，丹麥托普索的甲烷合成技術(shù)采用循環(huán)氣和補(bǔ)償氣稀釋進(jìn)入第一甲烷化反應(yīng)器的合成氣濃度來(lái)控制反應(yīng)器的出口溫度；出口工藝氣在高壓鍋爐水的作用下降低其操作溫度。脫硫后的合成氣進(jìn)入第一甲烷化系統(tǒng)被分為兩個(gè)部分：第一甲烷反應(yīng)器（循環(huán)氣）和第一甲烷反應(yīng)器（補(bǔ)償氣）。一股合成氣進(jìn)入第一甲烷反應(yīng)器（循環(huán)氣）之前被一定比例的循環(huán)氣稀釋。從第一甲烷反應(yīng)器（循環(huán)氣）出來(lái)的反應(yīng)氣被下游的高壓和低壓廢熱鍋爐冷卻并將一部分氣體返回到第一甲烷反應(yīng)器（循環(huán)氣）的入口。循環(huán)氣被循環(huán)氣進(jìn)、出換熱器和低壓蒸汽鍋爐廢鍋及循環(huán)氣壓縮機(jī)冷卻、壓縮。壓縮后氣體經(jīng)過(guò)循環(huán)氣進(jìn)、出換熱器后與新鮮氣一起混合進(jìn)入第一甲烷反應(yīng)器（循環(huán)氣）中，在甲烷化催化劑的作用下進(jìn)行甲烷合成的反應(yīng)。從第一甲烷反應(yīng)器（循環(huán)氣）出來(lái)的反應(yīng)氣經(jīng)與鍋爐給水換熱器換熱后同另一股原料氣混合后進(jìn)入第一甲烷反應(yīng)器（補(bǔ)償氣）中。進(jìn)入第一甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)的合成氣采用兩股氣流分配有以下好處：有效降低了循環(huán)氣量，節(jié)約能量，從而降低了循環(huán)氣壓縮機(jī)的成本；可以分為兩部分來(lái)有效的控制兩個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度，降低系統(tǒng)的反應(yīng)負(fù)荷，節(jié)能降耗。
        后序甲烷化和最終甲烷化系統(tǒng)
        CO和CO2的轉(zhuǎn)換是在后序的三個(gè)甲烷化反應(yīng)器(第二、第三和第四甲烷化反應(yīng)器)中完成反應(yīng)。在甲烷化反應(yīng)方程式CO + 3 H2 = CH4 + H2O 和CO2 + 4 H2 =CH4 + 2 H2O中表明有水生成，除水將有助于甲烷化反應(yīng)的正向進(jìn)行，使得工藝氣中所有的碳都可參加反應(yīng)。因此，在甲烷化最后合成反應(yīng)之前，合成氣在第一工藝氣冷凝液分離罐中被冷卻并且將冷凝液分離。從第一工藝氣冷凝液分離罐出來(lái)的氣體溫度不能滿足甲烷化反應(yīng)的要求，因此需要通過(guò)自身的進(jìn)出料換熱器對(duì)參加反應(yīng)的合成氣進(jìn)行加熱。最終甲烷化合成氣在進(jìn)出料換熱器冷卻，并經(jīng)最終水冷器冷卻之后，冷凝液在第二工藝氣冷凝液分離罐中與SNG產(chǎn)品分離，產(chǎn)出含甲烷97.84%的SNG氣體。
        余熱回收和副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)
        丹麥托普索的甲烷化工藝的一項(xiàng)最重要的優(yōu)勢(shì)是余熱回收和副產(chǎn)蒸汽，回收的反應(yīng)熱可用來(lái)生產(chǎn)直接應(yīng)用在透平驅(qū)動(dòng)機(jī)上的高壓預(yù)熱蒸汽。甲烷化反應(yīng)熱通過(guò)廢熱鍋爐和高壓蒸汽過(guò)熱器副產(chǎn)低壓蒸汽、中壓飽和蒸汽、中壓過(guò)熱蒸汽。
        兩個(gè)廢熱鍋爐，第一廢熱鍋爐和第二廢熱鍋爐分別安裝在兩個(gè)第一甲烷反應(yīng)器之后；第一高壓蒸汽過(guò)熱器位于第三甲烷反應(yīng)器D 620203之后；第二蒸汽過(guò)熱器位于第二甲烷反應(yīng)器之后。這樣布局的依據(jù)是：將飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽比將水變成蒸汽轉(zhuǎn)移的熱量要快得多，這意味著對(duì)設(shè)備材料的溫度設(shè)計(jì)要求比較低，有效的降低設(shè)備的成本；高壓蒸汽過(guò)熱器位于甲烷反應(yīng)器之后，能有效的將進(jìn)入反應(yīng)器的合成氣的溫度控制到催化劑的活性范圍，將甲烷合成產(chǎn)率最大化。

（來(lái)源：新疆慶華集團(tuán) 香承志）