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）

我国的能源结构特点是富煤、贫油、少气，且煤炭资源分布极不均衡，煤炭长期以来在能源生产和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[1]。通过甲烷化把煤炭和焦炉煤气制成替代天然气（SNG）是弥补我国天然气供应不足的一条切实可行的途径。

甲烷化是指CO或CO2在催化剂作用下加氢生成CH4和H2O的强放热反应[2]：具有反应迅速、放热量大、易积炭等特点。每转化1%的CO或CO2为甲烷，气体的绝热温升分别达74℃或60℃[3]。典型的焦炉煤气中CO和CO2的物质的量分数约为8%～14%，煤气化工艺制得的煤气中CO的物质的量分数约为23%～60%[4]，其甲烷化反应过程中放出巨大热量，热量的有效控制对甲烷化装置的平稳安全运行关系重大。张新波等[5]认为高温甲烷化工艺流程利用温度对化学平衡进行限制，甲烷化反应达到某一温度的平衡状态后绝热炉的温度就不会再升高，从而实现对甲烷化催化剂的保护。崔晓曦等[6]认为通过严格控制每级反应器的甲烷化转化率并配套大量的换热器来实现对甲烷化系统的温度控制，甲烷化反应条件在277～357℃和1MPa左右较为合适。

1 绝热固定床甲烷化工艺的温度设计

采用绝热固定床的甲烷化工艺中的甲烷化反应近似达到热力学平衡的状态，放热量与(CO+CO2)的反应量即甲烷化反应的深度有关。理想状态下单个绝热甲烷化反应器内的甲烷化反应的深度的主要影响因素有：