新疆慶華能源集團有限公司作為現(xiàn)代化煤化工循環(huán)經(jīng)濟工業(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。新疆慶華55億立方米/年煤制天然氣項目引進的丹麥托普索甲烷合成工藝，就是目前世界上最先進的同類生產(chǎn)工藝。該環(huán)節(jié)設計產(chǎn)能為171,875Nm3/h，以煤氣化裝置生產(chǎn)的原料氣為基礎，使H2分別和CO、CO2進行反應，合成合格的干基替代天然氣（SNG），產(chǎn)出合格天然氣，以下是對甲烷化工藝的簡單介紹。
        丹麥托普索設計的甲烷化工藝流程，如圖1所示以下四個系統(tǒng)來組成：
         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)主要有兩個脫硫槽和兩個換熱器組成，分為低溫粗脫硫和高溫精脫硫，在不同催化劑的作用下，合成原料氣當中的H2S、COS及有機硫等含硫成分在兩個脫硫槽中被脫除，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器（循環(huán)）和第一甲烷反應器（補償）、高壓廢熱鍋爐、低壓廢鍋、循環(huán)氣壓縮機和換熱器組成。
甲烷合成是一個強放熱反應，有效的降低反應熱是成為甲烷化反應的關鍵部分，丹麥托普索的甲烷合成技術(shù)采用循環(huán)氣和補償氣稀釋進入第一甲烷化反應器的合成氣濃度來控制反應器的出口溫度；出口工藝氣在高壓鍋爐水的作用下降低其操作溫度。脫硫后的合成氣進入第一甲烷化系統(tǒng)被分為兩個部分：第一甲烷反應器（循環(huán)氣）和第一甲烷反應器（補償氣）。一股合成氣進入第一甲烷反應器（循環(huán)氣）之前被一定比例的循環(huán)氣稀釋。從第一甲烷反應器（循環(huán)氣）出來的反應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器（循環(huán)氣）的入口。循環(huán)氣被循環(huán)氣進、出換熱器和低壓蒸汽鍋爐廢鍋及循環(huán)氣壓縮機冷卻、壓縮。壓縮后氣體經(jīng)過循環(huán)氣進、出換熱器后與新鮮氣一起混合進入第一甲烷反應器（循環(huán)氣）中，在甲烷化催化劑的作用下進行甲烷合成的反應。從第一甲烷反應器（循環(huán)氣）出來的反應氣經(jīng)與鍋爐給水換熱器換熱后同另一股原料氣混合后進入第一甲烷反應器（補償氣）中。進入第一甲烷化反應系統(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)氣壓縮機的成本；可以分為兩部分來有效的控制兩個反應器的反應溫度，降低系統(tǒng)的反應負荷，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)換是在后序的三個甲烷化反應器(第二、第三和第四甲烷化反應器)中完成反應。在甲烷化反應方程式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的正向進行，使得工藝氣中所有的碳都可參加反應。因此，在甲烷化最后合成反應之前，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的氣體溫度不能滿足甲烷化反應的要求，因此需要通過自身的進出料換熱器對參加反應的合成氣進行加熱。最終甲烷化合成氣在進出料換熱器冷卻，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最重要的優(yōu)勢是余熱回收和副產(chǎn)蒸汽，回收的反應熱可用來生產(chǎn)直接應用在透平驅(qū)動機上的高壓預熱蒸汽。甲烷化反應熱通過廢熱鍋爐和高壓蒸汽過熱器副產(chǎn)低壓蒸汽、中壓飽和蒸汽、中壓過熱蒸汽。
        兩個廢熱鍋爐，第一廢熱鍋爐和第二廢熱鍋爐分別安裝在兩個第一甲烷反應器之后；第一高壓蒸汽過熱器位于第三甲烷反應器D 620203之后；第二蒸汽過熱器位于第二甲烷反應器之后。這樣布局的依據(jù)是：將飽和蒸汽變成過熱蒸汽比將水變成蒸汽轉(zhuǎn)移的熱量要快得多，這意味著對設備材料的溫度設計要求比較低，有效的降低設備的成本；高壓蒸汽過熱器位于甲烷反應器之后，能有效的將進入反應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。

（來源：新疆慶華集團 香承志）