以天然气为原料改质制气

2008年第8期广东化工第35卷总第184期www.gdchem.com以天然气为原料改质制气纪志新,冯润深,郭涵忠矿广州市煤气公司广州油制气厂,广东广州510700)[摘要天然气作为优质洁净的燃料将成为城市的主要能源之一,它具有热值高、安全性能好、清洁环保等优点。文章主要概述目前广州市天然气利用的状况,介绍了天然气改质制气工艺,从对天然气改质气的成分、燃烧特性、环保效益和经济效益的分析,最后得出结论:利用天然气进行裂解改质制气不但具有可行性,而且具有重要的现实意义。[关键词天然气;CCR改质工艺;天然气;改质气特性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目前我国燃气事业正处于蓬勃发展时期,特别是近年来人由于直供天然气管道用户的燃器具置换工作需要相当长类对生活质量和生存环境要求的日益提高能源结构向低炭化的一段时间,导致天然气直供方式进度不可能很快,目前除了演变,最终向无炭化发展。我国城市管道煤气已经开始从煤制小部分天然气可向管网直供外,主要还是依靠非直供方式来保气、油制气、液化石油气向天然气逐步过渡。天然气作为优质障供气。洁净的燃料将成为城市的主要能源之一。广州油制气厂于非直供方式之一是天然气直接掺混人工煤气。2005年92001年投资建成了CCR制气装置,它可以液化气天然气或拔月,广州市煤气公司开始釆用人工煤气按比例掺混天然气的方头油(主要成分为c)为原料,生产改质人工煤气法,提高外供煤气产量。由于受到管网人工煤气特性及质量标1广州市天然气利用概况准的制约,天然气的掺混量是有限的。对天然气进行“改质”,生产天然气改质人工煤气则是天然气非直供方式的另一种选广州市的燃气结构正面临着能源转换。2006年8月,澳择。大利亚进口天然气已进入广州并开始供气,城市管道人工煤气中国煤化工已经开始向天然气逐步过渡。dYHCNMHG其某门新(1972-),男,助理工程师,生产部部长,主要从事城市管道燃气的生产工作广东化工2008年第8期www.gdchem.com第3卷总第184期天然气改质采用的是循环催化制气工艺,将天然气改质成生成H2O、CO2,燃烧热用于加热燃烧室格子砖和改质室的改符合目前城市管道煤气燃烧特性的人工煤气1m3天然气可以质催化剂,烟气中剩余的O2将催化剂氧化成NO。在改质阶产出3m3改质煤气,热值为2500kcam(高热值)段在富镍催化剂的作用下,天然气与过热水蒸汽反应转化成为了消耗已经进入广州的大鹏天然气,避免天然气供应照H2、CO、CO2的反应即所谓水蒸汽转化反应付不议合同协议给燃气企业造成损失,2006年9月,广州市CnH2+)+nH2O=mCO+2(n+1)H2m=1,2,3,4,5煤气公司广州油制气厂开始对原有以液化气为原料的CCR装C,H2n+ nH,0=nCO+ 2nH,置进行改造,采用以天然气为原料生产改质人工煤气,以此作C, H,,+ 2n H20=nCo+ 3nH为重油人工煤气向天然气转换的过渡气源C,Hz(m+n)+nH20=nCO2+ 3(n+I)H2 n=3, 4以天然气为原料生产改质气具有良好的经济效益和社会最终,以H2、CO、CO2、CH4、N2为主要成分的改质成效益:(1)消化已经进入广州的大鹏天然气,避免澳大利亚天品气,经过冷却后成为城市燃气然气供应照付不议合同协议给企业造成经济损失;(2)天然气加热阶段天然气燃烧产生的热量用于改质反应的吸热。为改质属清洁原料生产,基本不产生废气和污水,可消除或减少保证燃烧完全,减少大气污染,空气系数一般设定为18~22,重油制气企业的煤气生产废气和污水等污染物的排放;(3)降剩余的氧气燃烧掉沉积在催化剂上的积碳。低重油人工煤气生产成本,提高企业经济效益,用天然气作原催化剂在天然气改质催化反应制气工艺中起着关键作用,料生产城市管道煤气,企业可进一步降低生产成本;(4)实现它能促进原料与水蒸汽进行反应,提高制气效率,改善燃气质生产原料多样化,增加生产调度的灵活性、主动性,提高稳定量。制气过程中,催化剂需要在高温、高蒸汽分压和强氧化下,供气的可靠性。经受剧烈的温度聚变、气流的高速冲激。因此,对于催化剂的广州油制气厂CCR改质制气装置采用奥地利 Integral公热稳定性、催化活性要求很高。对于多数间歇循环催化制气工司循环催化改质制气工艺技术,其设计能力为产气量艺而言,其触媒均采用镍系催化剂,所不同之处仅是镍含量175万m3(台d,整套装置日产天然气改质气35万m,天然载体和外观不同而已。CCR所选用的催化剂为15~22mm球气改质气热值为1047~12.56MJNm3,每生产1000Nm3改质形的镍系活性金属催化剂,型号为N0901S34。它的N含量煤气,自产蒸汽量为615Nm(16bar)在45%~55%,以Al、Si作为载体,催化剂叮在600~900℃3天然气改质制气工艺的温度范围内操作,催化剂床层温度不能高于900℃。催化剂的物化性质:N含量45%~5.%;堆积密度天然气改质采用的是循环催化改质法(简称CCR法,100~1300kgm3;抗压张度60~160kgm2。Cyclic Catalytic Reforming)制气工艺,该工艺既可用于以液化32天然气改质工艺流程石油气为原料,也可利用天然气为原料生产改质燃气天然气改质生产流程见图1)由六大系统组成:原料系统、3.1天然气改质工艺原理空气系统、循环冷却水系统、蒸汽系统、仪表系统、自控系统。以天然气为原料生产改质煤气,其反应过程是一个吸热催其中主要设备有:CCR制气装置、液化气储罐、电动空气鼓化反应过程,反应中所需要的热量和温度由加热阶段天然气燃风机、蒸汽透平空气鼓风机、废热锅炉、蒸汽缓冲罐、急冷水烧产生的高温烟气提供。在加热阶段,天然气和过量空气燃烧封槽、煤气冷却塔等。液化气/天然气空气鼓风机改质炉气急冷器煤气冷却塔水封槽蒸汽缓冲罐改质气图1天然气改质生YH中国煤化工迪化气/天然气Tab 1 Process of natural gCNMHG工艺流程简介原料系统—来自中压调压站或液化天然气气化站的天2008年第8期广东化工第35卷总第184期www.gdchem.cor然气,经天然气原料管线,输送至CCR装置的中心喷枪、环的选型、催化床温度及改质深度的控制、风量控制、工艺操作形喷枪、改质喷枪。的优化等相关问题,有效提高生产安全性、稳定性和灵活性空气系统—由电动风机或透平风机提供18KPa的空气天然气改质工艺技术特点:(1)工艺流程简单与液化石油供天然气燃烧以加热催化球,提高炉温。气共用设备、流程相近便于操作。(2)热效率高,可以达到85%循环冷却水系统——冷水池中26℃的冷媒水由冷水泵(3)改质气符合城市燃气使用要求。(4)在城市燃气能源转换的加压送入空塔,经六层喷淋头,与改质气直接热交换后,又经初期,直供条件尚不完备的情况下,可替代油煤气供城市燃气过回水槽回流至热水池,经热水泵加压送至凉水塔冷却后回冷管网,作为广州市人工煤气向天然气转换的过渡气源。(5)基水池本不产生污水,冷却水循环使用;烟气不需另行处理,即可达蒸汽系统—25~35℃的软水经过节能器加热进入16bar到国家排放标准;与油制气生产相比具有显著的环保效益。(6)废热锅炉产生1.6MPa蒸汽,驱动透平风机后,压力降为制气成本低,与重油制气相比,可降低单位燃气生产成本。02MPa的蒸汽进入蒸汽缓冲罐,提供天然气改质所需的蒸汽CCR循环制气—制气、加热两阶段呈周期性交替进行4天然气改质气特性分析在加热期和制气期之间设有空气吹扫和蒸汽吹扫阶段,两台制以天然气为原料,采用循环催化法制取城市管道煤气,无气炉交替运行,即第一台炉进行加热阶段时,第二台炉正处于论经济上还是技术上都是可行的,符合国标(GBT1391192)制气阶段。城市燃气分类中“人工燃气5R7R”和“天然气6T13T”范由加热阶段将炉膛和催化剂升温至一定温度,积蔷热量为围内燃气制气阶段的天然气和蒸汽的吸热反应提供反应热。在加热阶2006年8月,上述技术在广州市煤气公司实现了工业化段,天然气由燃烧室顶部的加热喷枪进入,与电动风机或透平生产,该装置日均使用天然气80t,整套装置日产天然气改质鼓风机供给的空气在燃烧室混合、燃烧,加热燃烧室格子砖和气35万m,天然气改质气热值为10.47~1256MJNm3,生改质室催化床,为下一步进行的改质阶段提供反应热,燃烧产产出符合要求的混合煤气与管道气互换,管网用户反应良好。生的烟气经废热锅炉吸收余热后由烟囱排放。改质阶段,NG天然气改质气,可以作为管道用户燃器具置换初期的过渡由改质喷枪喷入水平混合室,与燃烧室上部进入格子砖预热后气源,这样可以在置换期间最大限度地利用天然气。也可以作的蒸汽混合,在催化床进行催化裂解反应,产生的热值约为为现在管道气供应中重要的调峰气源。2500kclm3改质气经废热锅炉进入急冷器,冷却后进入空塔,41试验进一步冷却至低于35℃的人工煤气,和其他组分燃气调和后加热原料制气原料:2080;过程蒸汽制气原料:1.7~23进入城市管网循环时间:2天然气改质技术还需要进一步探索天然气改质时催化剂天然气改质制气各阶段时间分配如表1。表1流程时间分配Tab 1 Distribution of process time阶段鼓风加热空气吹净制气蒸汽吹净时间5544910.6原料天然气组成见表2表2天然气组成Tab 2 Natural gas componentCHVC.H.%@w(kcal- Nm)5.230l061043调整装置的工艺参数,改变操作条件,改质气组分可在一件下以YH中国煤化工组分定范围内变化以满足不同燃烧特性的需要表3是某一操作条CNMHG(下转第155页)2008年第8广东化工第35卷总第184期www.gdchem.com1556结语[]陈运进,黄华催化型活性炭除臭系统对污水泵站臭气的净化效果门中凤凰、泰坦和凡特催化氧化活性炭装置都是高效的臭味处(2]陈宁,陈华华,吴鹏,等.催化氧化法治理硫化氢和二硫化炭恶臭废气理装置,但各有特点。风凰装置适用于中等风量较大臭气浓度门.中国环保产业,200,5:17-19的除臭工程,泰坦装置适用于大风量较小臭气浓度的除臭工[3王金泉,周永毅,陈广桥,等.催化型吸附活性炭除奥技术原理及应用程,凡特装置适用于小风量中等臭气浓度的除臭工程。三种装门广东省环保科技,2003,4:1820.置可以广泛应用于工业和市政污水处理系统的除臭工程,值得我们引进和学习。本文文献格式:王金泉,邓忠超,陶俊华,等.催化氧化活性炭除臭装置介绍J广东化工,2008,35(8):151-155)参考文献(上接第77页表3改质气组分Tab3 Component of upgrading gasC2H6 C2H4天然气改质气4.29006134I液化气改质气4960050.130.791.600040044.1661,3618.55两种原料时的改质气燃烧特性、产量、气化效率比较见表4表4改质气特性等比较Tab 4 Comparison of upgrading gas character etc高位热值低位热值气体密度(℃)单炉产气量(万m3气种华自指数磁烧势加热比例%气化效率%(MJ/Nmkg/Nm)(台日)20℃)天然气改质气12.10106l1923961985液化气改质气5.2313.60223110670.54418.4222.l842天然气改质气和液化气改质气分析源转换的初期,直供条件尚不完备的情况下,可替代油煤气供(1)从原料组分分析看,液化气含有硫等杂质,而天然气城市燃气管网,作为广州市人工煤气向天然气转换的过渡气基本不含杂质,属于清洁能源,改质过程中产生的烟气不含硫源;(3)以天然气为原料进行改质制气不但气化效率高,而且等有害杂质,环保效益高;环保、经济效益显著。(2)天然气改质气热值低于液化气改质气,掺混天然气量更多,人工煤气产量就更多,生产灵活性更好參考文献(3)调整温度操作使天然气改质气和液化气改质气的燃烧口张宝金,彭文玲,赵国强,蓄热式催化裂解轻油制气技术探讨叮煤气特性(W、CP)基本相同,互换性好与热力,2001,(2):156-158.(4从成品气组分分析看天然气的改质气比液化石油气的2苏维成,朱红玉,CCR轻油制气技术及其应用小媒气与热力,20稍好4):195-1993]姜正侯,燃气工程技术手册M]上海:同济大学出版社,1993.5结论[4]宓亢中国煤化工郸媒气与热力,20综上所述,可以得到以下结论:(1)用天然气替换LFG原CNMHG料进行改质制气,消化掉从大鹏接收的天然气,避免天然气供(本文文献格式:纪志新,冯润深,郭涵忠.以天然气为原料应照付不议合同协议给燃气企业造成损失;(2)在城市燃气能改质制气[.广东化工,200,5(1:75-m