2008年第8期廣東化工第35卷總第184期www.gdchem.com以天然氣為原料改質(zhì)制氣紀(jì)志新,馮潤(rùn)深,郭涵忠礦廣州市煤氣公司廣州油制氣廠(chǎng),廣東廣州510700)[摘要天然氣作為優(yōu)質(zhì)潔凈的燃料將成為城市的主要能源之一,它具有熱值高、安全性能好、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。文章主要概述目前廣州市天然氣利用的狀況,介紹了天然氣改質(zhì)制氣工藝,從對(duì)天然氣改質(zhì)氣的成分、燃燒特性、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益的分析,最后得出結(jié)論:利用天然氣進(jìn)行裂解改質(zhì)制氣不但具有可行性,而且具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。[關(guān)鍵詞天然氣;CCR改質(zhì)工藝;天然氣;改質(zhì)氣特性Preparation Gas by Reformation from Raw Material of Natural GasJi Zhixin, Feng Runshen, Guo HanzhongGuangzhou Oil Preparation Gas Plant, Guangzhou Gas Company, Guangzhou 510700, China)Abstract: As a high quality and clean fuel, natural gas has been a main energy source to cities, it has advantage of high heat value,better safety character, clean and environmental protection. The paper summarized the natural gas utilization in Guangzhou city at present.The process of preparing gas from natural gas was introduced. From the analysis of the component, burning character, environmentalprotection efficiency and economical efficiency, the conclusion was obtained: the process of preparing gas from natural gas by crackingand upgrading was available, and had important realization meanings.Keywords: natural gas: CCR upgrading process: natural gas: upgrading gas character目前我國(guó)燃?xì)馐聵I(yè)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期,特別是近年來(lái)人由于直供天然氣管道用戶(hù)的燃器具置換工作需要相當(dāng)長(zhǎng)類(lèi)對(duì)生活質(zhì)量和生存環(huán)境要求的日益提高能源結(jié)構(gòu)向低炭化的一段時(shí)間,導(dǎo)致天然氣直供方式進(jìn)度不可能很快,目前除了演變,最終向無(wú)炭化發(fā)展。我國(guó)城市管道煤氣已經(jīng)開(kāi)始從煤制小部分天然氣可向管網(wǎng)直供外,主要還是依靠非直供方式來(lái)保氣、油制氣、液化石油氣向天然氣逐步過(guò)渡。天然氣作為優(yōu)質(zhì)障供氣。潔凈的燃料將成為城市的主要能源之一。廣州油制氣廠(chǎng)于非直供方式之一是天然氣直接摻混人工煤氣。2005年92001年投資建成了CCR制氣裝置,它可以液化氣天然氣或拔月,廣州市煤氣公司開(kāi)始釆用人工煤氣按比例摻混天然氣的方頭油(主要成分為c)為原料,生產(chǎn)改質(zhì)人工煤氣法,提高外供煤氣產(chǎn)量。由于受到管網(wǎng)人工煤氣特性及質(zhì)量標(biāo)1廣州市天然氣利用概況準(zhǔn)的制約,天然氣的摻混量是有限的。對(duì)天然氣進(jìn)行“改質(zhì)”,生產(chǎn)天然氣改質(zhì)人工煤氣則是天然氣非直供方式的另一種選廣州市的燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)正面臨著能源轉(zhuǎn)換。2006年8月,澳擇。大利亞進(jìn)口天然氣已進(jìn)入廣州并開(kāi)始供氣,城市管道人工煤氣中國(guó)煤化工已經(jīng)開(kāi)始向天然氣逐步過(guò)渡。dYHCNMHG其某門(mén)新(1972-),男,助理工程師,生產(chǎn)部部長(zhǎng),主要從事城市管道燃?xì)獾纳a(chǎn)工作廣東化工2008年第8期www.gdchem.com第3卷總第184期天然氣改質(zhì)采用的是循環(huán)催化制氣工藝,將天然氣改質(zhì)成生成H2O、CO2,燃燒熱用于加熱燃燒室格子磚和改質(zhì)室的改符合目前城市管道煤氣燃燒特性的人工煤氣1m3天然氣可以質(zhì)催化劑,煙氣中剩余的O2將催化劑氧化成NO。在改質(zhì)階產(chǎn)出3m3改質(zhì)煤氣,熱值為2500kcam(高熱值)段在富鎳催化劑的作用下,天然氣與過(guò)熱水蒸汽反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為了消耗已經(jīng)進(jìn)入廣州的大鵬天然氣,避免天然氣供應(yīng)照H2、CO、CO2的反應(yīng)即所謂水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)付不議合同協(xié)議給燃?xì)馄髽I(yè)造成損失,2006年9月,廣州市CnH2+)+nH2O=mCO+2(n+1)H2m=1,2,3,4,5煤氣公司廣州油制氣廠(chǎng)開(kāi)始對(duì)原有以液化氣為原料的CCR裝C,H2n+ nH,0=nCO+ 2nH,置進(jìn)行改造,采用以天然氣為原料生產(chǎn)改質(zhì)人工煤氣,以此作C, H,,+ 2n H20=nCo+ 3nH為重油人工煤氣向天然氣轉(zhuǎn)換的過(guò)渡氣源C,Hz(m+n)+nH20=nCO2+ 3(n+I)H2 n=3, 4以天然氣為原料生產(chǎn)改質(zhì)氣具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)最終,以H2、CO、CO2、CH4、N2為主要成分的改質(zhì)成效益:(1)消化已經(jīng)進(jìn)入廣州的大鵬天然氣,避免澳大利亞天品氣,經(jīng)過(guò)冷卻后成為城市燃?xì)馊粴夤?yīng)照付不議合同協(xié)議給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失;(2)天然氣加熱階段天然氣燃燒產(chǎn)生的熱量用于改質(zhì)反應(yīng)的吸熱。為改質(zhì)屬清潔原料生產(chǎn),基本不產(chǎn)生廢氣和污水,可消除或減少保證燃燒完全,減少大氣污染,空氣系數(shù)一般設(shè)定為18~22,重油制氣企業(yè)的煤氣生產(chǎn)廢氣和污水等污染物的排放;(3)降剩余的氧氣燃燒掉沉積在催化劑上的積碳。低重油人工煤氣生產(chǎn)成本,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,用天然氣作原催化劑在天然氣改質(zhì)催化反應(yīng)制氣工藝中起著關(guān)鍵作用,料生產(chǎn)城市管道煤氣,企業(yè)可進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本;(4)實(shí)現(xiàn)它能促進(jìn)原料與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng),提高制氣效率,改善燃?xì)赓|(zhì)生產(chǎn)原料多樣化,增加生產(chǎn)調(diào)度的靈活性、主動(dòng)性,提高穩(wěn)定量。制氣過(guò)程中,催化劑需要在高溫、高蒸汽分壓和強(qiáng)氧化下,供氣的可靠性。經(jīng)受劇烈的溫度聚變、氣流的高速?zèng)_激。因此,對(duì)于催化劑的廣州油制氣廠(chǎng)CCR改質(zhì)制氣裝置采用奧地利 Integral公熱穩(wěn)定性、催化活性要求很高。對(duì)于多數(shù)間歇循環(huán)催化制氣工司循環(huán)催化改質(zhì)制氣工藝技術(shù),其設(shè)計(jì)能力為產(chǎn)氣量藝而言,其觸媒均采用鎳系催化劑,所不同之處僅是鎳含量175萬(wàn)m3(臺(tái)d,整套裝置日產(chǎn)天然氣改質(zhì)氣35萬(wàn)m,天然載體和外觀不同而已。CCR所選用的催化劑為15~22mm球氣改質(zhì)氣熱值為1047~12.56MJNm3,每生產(chǎn)1000Nm3改質(zhì)形的鎳系活性金屬催化劑,型號(hào)為N0901S34。它的N含量煤氣,自產(chǎn)蒸汽量為615Nm(16bar)在45%~55%,以Al、Si作為載體,催化劑叮在600~900℃3天然氣改質(zhì)制氣工藝的溫度范圍內(nèi)操作,催化劑床層溫度不能高于900℃。催化劑的物化性質(zhì):N含量45%~5.%;堆積密度天然氣改質(zhì)采用的是循環(huán)催化改質(zhì)法(簡(jiǎn)稱(chēng)CCR法,100~1300kgm3;抗壓張度60~160kgm2。Cyclic Catalytic Reforming)制氣工藝,該工藝既可用于以液化32天然氣改質(zhì)工藝流程石油氣為原料,也可利用天然氣為原料生產(chǎn)改質(zhì)燃?xì)馓烊粴飧馁|(zhì)生產(chǎn)流程見(jiàn)圖1)由六大系統(tǒng)組成:原料系統(tǒng)、3.1天然氣改質(zhì)工藝原理空氣系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、自控系統(tǒng)。以天然氣為原料生產(chǎn)改質(zhì)煤氣,其反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)吸熱催其中主要設(shè)備有:CCR制氣裝置、液化氣儲(chǔ)罐、電動(dòng)空氣鼓化反應(yīng)過(guò)程,反應(yīng)中所需要的熱量和溫度由加熱階段天然氣燃風(fēng)機(jī)、蒸汽透平空氣鼓風(fēng)機(jī)、廢熱鍋爐、蒸汽緩沖罐、急冷水燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馓峁?。在加熱階段,天然氣和過(guò)量空氣燃燒封槽、煤氣冷卻塔等。液化氣/天然氣空氣鼓風(fēng)機(jī)改質(zhì)爐氣急冷器煤氣冷卻塔水封槽蒸汽緩沖罐改質(zhì)氣圖1天然氣改質(zhì)生YH中國(guó)煤化工迪化氣/天然氣Tab 1 Process of natural gCNMHG工藝流程簡(jiǎn)介原料系統(tǒng)—來(lái)自中壓調(diào)壓站或液化天然氣氣化站的天2008年第8期廣東化工第35卷總第184期www.gdchem.cor然氣,經(jīng)天然氣原料管線(xiàn),輸送至CCR裝置的中心噴槍、環(huán)的選型、催化床溫度及改質(zhì)深度的控制、風(fēng)量控制、工藝操作形噴槍、改質(zhì)噴槍。的優(yōu)化等相關(guān)問(wèn)題,有效提高生產(chǎn)安全性、穩(wěn)定性和靈活性空氣系統(tǒng)—由電動(dòng)風(fēng)機(jī)或透平風(fēng)機(jī)提供18KPa的空氣天然氣改質(zhì)工藝技術(shù)特點(diǎn):(1)工藝流程簡(jiǎn)單與液化石油供天然氣燃燒以加熱催化球,提高爐溫。氣共用設(shè)備、流程相近便于操作。(2)熱效率高,可以達(dá)到85%循環(huán)冷卻水系統(tǒng)——冷水池中26℃的冷媒水由冷水泵(3)改質(zhì)氣符合城市燃?xì)馐褂靡蟆?4)在城市燃?xì)饽茉崔D(zhuǎn)換的加壓送入空塔,經(jīng)六層噴淋頭,與改質(zhì)氣直接熱交換后,又經(jīng)初期,直供條件尚不完備的情況下,可替代油煤氣供城市燃?xì)膺^(guò)回水槽回流至熱水池,經(jīng)熱水泵加壓送至涼水塔冷卻后回冷管網(wǎng),作為廣州市人工煤氣向天然氣轉(zhuǎn)換的過(guò)渡氣源。(5)基水池本不產(chǎn)生污水,冷卻水循環(huán)使用;煙氣不需另行處理,即可達(dá)蒸汽系統(tǒng)—25~35℃的軟水經(jīng)過(guò)節(jié)能器加熱進(jìn)入16bar到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn);與油制氣生產(chǎn)相比具有顯著的環(huán)保效益。(6)廢熱鍋爐產(chǎn)生1.6MPa蒸汽,驅(qū)動(dòng)透平風(fēng)機(jī)后,壓力降為制氣成本低,與重油制氣相比,可降低單位燃?xì)馍a(chǎn)成本。02MPa的蒸汽進(jìn)入蒸汽緩沖罐,提供天然氣改質(zhì)所需的蒸汽CCR循環(huán)制氣—制氣、加熱兩階段呈周期性交替進(jìn)行4天然氣改質(zhì)氣特性分析在加熱期和制氣期之間設(shè)有空氣吹掃和蒸汽吹掃階段,兩臺(tái)制以天然氣為原料,采用循環(huán)催化法制取城市管道煤氣,無(wú)氣爐交替運(yùn)行,即第一臺(tái)爐進(jìn)行加熱階段時(shí),第二臺(tái)爐正處于論經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上都是可行的,符合國(guó)標(biāo)(GBT1391192)制氣階段。城市燃?xì)夥诸?lèi)中“人工燃?xì)?R7R”和“天然氣6T13T”范由加熱階段將爐膛和催化劑升溫至一定溫度,積薔熱量為圍內(nèi)燃?xì)庵茪怆A段的天然氣和蒸汽的吸熱反應(yīng)提供反應(yīng)熱。在加熱階2006年8月,上述技術(shù)在廣州市煤氣公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化段,天然氣由燃燒室頂部的加熱噴槍進(jìn)入,與電動(dòng)風(fēng)機(jī)或透平生產(chǎn),該裝置日均使用天然氣80t,整套裝置日產(chǎn)天然氣改質(zhì)鼓風(fēng)機(jī)供給的空氣在燃燒室混合、燃燒,加熱燃燒室格子磚和氣35萬(wàn)m,天然氣改質(zhì)氣熱值為10.47~1256MJNm3,生改質(zhì)室催化床,為下一步進(jìn)行的改質(zhì)階段提供反應(yīng)熱,燃燒產(chǎn)產(chǎn)出符合要求的混合煤氣與管道氣互換,管網(wǎng)用戶(hù)反應(yīng)良好。生的煙氣經(jīng)廢熱鍋爐吸收余熱后由煙囪排放。改質(zhì)階段,NG天然氣改質(zhì)氣,可以作為管道用戶(hù)燃器具置換初期的過(guò)渡由改質(zhì)噴槍噴入水平混合室,與燃燒室上部進(jìn)入格子磚預(yù)熱后氣源,這樣可以在置換期間最大限度地利用天然氣。也可以作的蒸汽混合,在催化床進(jìn)行催化裂解反應(yīng),產(chǎn)生的熱值約為為現(xiàn)在管道氣供應(yīng)中重要的調(diào)峰氣源。2500kclm3改質(zhì)氣經(jīng)廢熱鍋爐進(jìn)入急冷器,冷卻后進(jìn)入空塔,41試驗(yàn)進(jìn)一步冷卻至低于35℃的人工煤氣,和其他組分燃?xì)庹{(diào)和后加熱原料制氣原料:2080;過(guò)程蒸汽制氣原料:1.7~23進(jìn)入城市管網(wǎng)循環(huán)時(shí)間:2天然氣改質(zhì)技術(shù)還需要進(jìn)一步探索天然氣改質(zhì)時(shí)催化劑天然氣改質(zhì)制氣各階段時(shí)間分配如表1。表1流程時(shí)間分配Tab 1 Distribution of process time階段鼓風(fēng)加熱空氣吹凈制氣蒸汽吹凈時(shí)間5544910.6原料天然氣組成見(jiàn)表2表2天然氣組成Tab 2 Natural gas componentCHVC.H.%@w(kcal- Nm)5.230l061043調(diào)整裝置的工藝參數(shù),改變操作條件,改質(zhì)氣組分可在一件下以YH中國(guó)煤化工組分定范圍內(nèi)變化以滿(mǎn)足不同燃燒特性的需要表3是某一操作條CNMHG(下轉(zhuǎn)第155頁(yè))2008年第8廣東化工第35卷總第184期www.gdchem.com1556結(jié)語(yǔ)[]陳運(yùn)進(jìn),黃華催化型活性炭除臭系統(tǒng)對(duì)污水泵站臭氣的凈化效果門(mén)中鳳凰、泰坦和凡特催化氧化活性炭裝置都是高效的臭味處(2]陳寧,陳華華,吳鵬,等.催化氧化法治理硫化氫和二硫化炭惡臭廢氣理裝置,但各有特點(diǎn)。風(fēng)凰裝置適用于中等風(fēng)量較大臭氣濃度門(mén).中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),200,5:17-19的除臭工程,泰坦裝置適用于大風(fēng)量較小臭氣濃度的除臭工[3王金泉,周永毅,陳廣橋,等.催化型吸附活性炭除奧技術(shù)原理及應(yīng)用程,凡特裝置適用于小風(fēng)量中等臭氣濃度的除臭工程。三種裝門(mén)廣東省環(huán)?？萍?2003,4:1820.置可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)和市政污水處理系統(tǒng)的除臭工程,值得我們引進(jìn)和學(xué)習(xí)。本文文獻(xiàn)格式:王金泉,鄧忠超,陶俊華,等.催化氧化活性炭除臭裝置介紹J廣東化工,2008,35(8):151-155)參考文獻(xiàn)(上接第77頁(yè)表3改質(zhì)氣組分Tab3 Component of upgrading gasC2H6 C2H4天然氣改質(zhì)氣4.29006134I液化氣改質(zhì)氣4960050.130.791.600040044.1661,3618.55兩種原料時(shí)的改質(zhì)氣燃燒特性、產(chǎn)量、氣化效率比較見(jiàn)表4表4改質(zhì)氣特性等比較Tab 4 Comparison of upgrading gas character etc高位熱值低位熱值氣體密度(℃)單爐產(chǎn)氣量(萬(wàn)m3氣種華自指數(shù)磁燒勢(shì)加熱比例%氣化效率%(MJ/Nmkg/Nm)(臺(tái)日)20℃)天然氣改質(zhì)氣12.10106l1923961985液化氣改質(zhì)氣5.2313.60223110670.54418.4222.l842天然氣改質(zhì)氣和液化氣改質(zhì)氣分析源轉(zhuǎn)換的初期,直供條件尚不完備的情況下,可替代油煤氣供(1)從原料組分分析看,液化氣含有硫等雜質(zhì),而天然氣城市燃?xì)夤芫W(wǎng),作為廣州市人工煤氣向天然氣轉(zhuǎn)換的過(guò)渡氣基本不含雜質(zhì),屬于清潔能源,改質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣不含硫源;(3)以天然氣為原料進(jìn)行改質(zhì)制氣不但氣化效率高,而且等有害雜質(zhì),環(huán)保效益高;環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益顯著。(2)天然氣改質(zhì)氣熱值低于液化氣改質(zhì)氣,摻混天然氣量更多,人工煤氣產(chǎn)量就更多,生產(chǎn)靈活性更好參考文獻(xiàn)(3)調(diào)整溫度操作使天然氣改質(zhì)氣和液化氣改質(zhì)氣的燃燒口張寶金,彭文玲,趙國(guó)強(qiáng),蓄熱式催化裂解輕油制氣技術(shù)探討叮煤氣特性(W、CP)基本相同,互換性好與熱力,2001,(2):156-158.(4從成品氣組分分析看天然氣的改質(zhì)氣比液化石油氣的2蘇維成,朱紅玉,CCR輕油制氣技術(shù)及其應(yīng)用小媒氣與熱力,20稍好4):195-1993]姜正侯,燃?xì)夤こ碳夹g(shù)手冊(cè)M]上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1993.5結(jié)論[4]宓亢中國(guó)煤化工鄲媒氣與熱力,20綜上所述,可以得到以下結(jié)論:(1)用天然氣替換LFG原CNMHG料進(jìn)行改質(zhì)制氣,消化掉從大鵬接收的天然氣,避免天然氣供(本文文獻(xiàn)格式:紀(jì)志新,馮潤(rùn)深,郭涵忠.以天然氣為原料應(yīng)照付不議合同協(xié)議給燃?xì)馄髽I(yè)造成損失;(2)在城市燃?xì)饽芨馁|(zhì)制氣[.廣東化工,200,5(1:75-m