可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台及测试方法

摘要

可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台及测试方法，测试平台包括能够置于集装箱内运输的气体组分变换及净化部分和气体甲烷化部分，气体组分变换及净化部分包括耐硫水煤气变换装置、中温氧化锌脱硫装置、气水分离装置和NaOH和5A分子筛柱脱碳装置，气体甲烷化部分为三段式甲烷化反应器装置；其方法为：1、耐硫水煤气变换装置将煤气中氢气与一氧化碳比变为合适值，2、中温氧化锌脱硫装置将硫含量降至低于0.2ppm，3、气水分离装置分离煤气中的水分，4、NaOH和5A分子筛柱脱碳装置脱碳低于20ppm，5、三段式甲烷化反应器进行煤气甲烷化反应；该平台用于试验各种气源状况的最佳甲烷化反应条件，适应不同原料气成份、不同操作条件、不同催化剂的测试；能够测评甲烷化工艺、操作参数及催化剂性能。

权利要求

1.一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台，其特征在于：包括能够放置在一个集装箱内运输的气体组分变换及净化部分和气体甲烷化部分，所述气体组分变换及净化部分包括耐硫水煤气变换装置、中温氧化锌脱硫装置、气水分离装置和NaOH和5A分子筛柱脱碳装置，所述气体甲烷化部分为三段式甲烷化反应器装置；

所述耐硫水煤气变换装置包括和气体缓冲罐(V101)连接的电加热预热器A(X101)，电加热预热器A(X101)和水蒸汽管道连接后再和相串联的变换炉A(T101)和变换炉B(T102)连接，还包括连接在电加热预热器(X101)和中温氧化锌脱硫装置间的气体介质换热器(E101)；

所述中温氧化锌脱硫装置包括和变换炉B(T102)连接的两个相并联的脱硫塔A(T103)和脱硫塔B(T104)，其中脱硫塔A(T103)和脱硫塔B(T104)中的任意一个为备用脱硫塔，脱硫塔A(T103)和脱硫塔B(T104)中均放置氧化锌柱；

所述气水分离装置包括与气体介质换热器(E101)依次连接的水介质换热器(E102)和气水分离器(V102)；

所述NaOH和5A分子筛柱脱碳装置包括和气水分离器(V102)连接的两个相并联的分子筛塔A(T105)和分子筛塔B(T106)，其中分子筛塔A(T105)和分子筛塔B(T106)中的任意一个为备用分子筛塔，分子筛塔A(T105)和分子筛塔B(T106)中均放置NaOH和5A分子筛柱；

所述三段式甲烷化反应器装置包括换热器A(E103)，所述换热器A(E103)的a口与分子筛塔A(T105)和分子筛塔B(T106)并联后的出口连接，换热器A(E103)的d口依次与电加热预热器B(X102)、甲烷化反应器A(R101)和脱盐水换热器B(E104)连接，脱盐水换热器B(E104)的输出端和换热器A(E103)的c口连接，换热器A(E103)的b口依次与甲烷化反应器B(R102)、脱盐水换热器C(E105)、甲烷化反应器C(R103)和脱盐水换热器D(E106)连接；

3

所述耐硫水煤气变换装置的参数设置如下：煤气流量0.8～4Nm/h，定量加水蒸汽与煤气体积比为0.2～0.7:1，变换炉A(T101)和变换炉B(T102)设计高度为1.2米，高径比为4:1，材料选用304L，变换催化剂装填量100ml，催化剂选用钴钼系耐硫变换催化剂，变换-1炉A(T101)和变换炉B(T102)的操作空速为8000～40000h ，工作温度为190～500℃，设计最高温度为600℃，工作压力为0.1～4Mpa，设计最高压力为5Mpa；

3

所述中温氧化锌脱硫装置的参数设置如下：煤气流量为0.8～4Nm/h，氧化锌柱材料采用304L，工作温度为100～500℃，设计最高温度为600℃，工作压力为0.1～4Mpa，设计-1最高压力为5Mpa，氧化锌柱装填量为5L，选用中温氧化锌脱硫剂，操作空速为160～800h ，脱硫采用中温干法脱硫，通过氧化锌脱硫，将总硫降至0.2ppm以下。

2.根据权利要求1所述的一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台，其特征在

2

于：所述气水分离装置中的水介质换热器(E102)采用板式换热器，换热面积为0.8m，气水分离器(V102)的体积为200L。

3.根据权利要求1所述的一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台，其特征在于：所述NaOH和5A分子筛柱脱碳装置的参数设置如下：分子筛塔A(T105)和分子筛塔3

B(T106)中煤气流量为0.8～4Nm/h，NaOH和5A分子筛柱材料选用304L，工作温度为35～

100℃，工作压力为0.1～4.5Mpa，设计最高压力为5Mpa，NaOH装填量为2.5L，5A分子筛装-1填量为2.5L，操作空速为160～800h 。

4.根据权利要求1所述的一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台，其特征在

3

于：所述三段式甲烷化反应器装置的参数设置如下：煤气流量为0.8～4Nm/h，甲烷化反应器A(R101)、甲烷化反应器B(R102)和甲烷化反应器C(R103)的材料选用304L，工作温度为300～700℃，设计最高温度为800℃，工作压力为0.1～3Mpa，设计最高压力为5Mpa，催-1化剂装填量为100ml，操作空速为8000～40000h ，甲烷化反应器A(R101)、甲烷化反应器B(R102)和甲烷化反应器C(R103)高径比在6～3:1之间选择，换热器A(E103)、脱盐水换热器B(E104)、脱盐水换热器C(E105)和脱盐水换热器D(E106)选用板式换热器，换热面积2

1.5m。

5.根据权利要求1所述的一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台，其特征在于：所述测试平台适用于鲁奇炉、德士古炉、Shell炉或焦炉煤气。

6.权利要求1-5任一项所述的一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台的测试方法，其特征在于：将经过分析的原料气，计量调节后送入气体缓冲罐(V101)，然后经电加热预热器A(X101)加热至200℃配入水蒸汽混合后进入变换炉A(T101)和变换炉B(T102)，水蒸汽与原料气体积比为0.2～0.7:1，将气体中的CO转换成H2和CO2，调整H2：CO体积比为2.9～

3.1；然后进入脱硫塔A(T103)或脱硫塔B(T104)，脱硫至0.2ppm以下；脱硫后的出口气与变换炉A的进口气通过气体介质换热器(E101)换热，随后经水介质换热器(E102)换热降温进入气水分离器(V102)分离水分；之后进入分子筛塔A(T105)或分子筛塔B(T106)，5A分子筛吸附CO2至20ppm以下；达到甲烷化反应温度要求后送往甲烷化反应器；预处理后的气体经换热器A(E103)内壳后再经电加热预热器B(X102)，在300℃下进入甲烷化反应器A(R101)，在甲烷化反应器A(R101)内，大部分一氧化碳与氢气反应生成甲烷和水，并放出大量热，出口气体温度控制在600℃以内，通过脱盐水换热器B(E104)降温换热，然后再经换热器A(E103)降温换热，气体温度降低后进入甲烷化反应器B(R102)，少部分的一氧化碳和氢进一步反应生成甲烷和水，并放热，出口气体与脱盐水换热器C(E105)换热后进入甲烷化反应器C(R103)，甲烷化反应器C(R103)的出口合成气经脱盐水换热器D(E106)冷却后得到合成的甲烷气产品；气体组分测量后直接引回到工厂的火炬区点燃或者直接高排。

说明书

可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台及测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及煤制天然气技术领域，具体涉及一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台及测试方法。

背景技术

[0002] 我国能源结构为“多煤、少油、有气”，油气资源不足，而煤炭资源相对丰富。煤炭在燃烧过程中排放大量的硫氧化物、氮氧化物和粉尘污染，会引发酸雨、光化学烟雾等天气污染，粉尘特别是PM2.5会引发人体呼吸系统疾病。我国正处于工业化中后期，能源需求量大，污染物排放也随之愈演愈烈，导致环境事件频发。所以必须注重环境保护、提倡节能减排，将煤进行高效清洁的转化，以符合煤的清洁利用以及可持续发展的要求。

[0003] 相对于煤制甲醇、煤制二甲醚、煤直接液化、煤间接液化等技术，煤制合成天然气（SNG）具有总的热利用效率高（50%以上）、单位热值投资、成本低，CO转化率高（接近100%）、废热利用率高（附产高温高压蒸汽）、废水易处理（不用处理即可以作为锅炉给水或循环水）的优点。

[0004] 与煤炭相比，天然气是一种高效清洁的优质能源，近年来我国天然气市场发展非常迅速，2012年我国天然气表观消费量已达到1471亿立方米，而国内天然气产量同期只有1077亿立方米，每年从海上进口来自澳大利亚、印尼、马来西亚和伊朗的大量液化天然气（LNG），从西气东输二线进口来自哈萨克斯坦、土库曼斯坦进口大量管道天然气，并计划修建从俄罗斯远东进口天然气的管道。

[0005] 目前，我国天然气对外依存度已达到27%，短期内还将继续提高，为了加强 我国能源安全，提高国内天然气产量，利用相对丰富的煤炭制取天然气，成为缓解天然气供给紧张和对外依存度高的可行手段。这同时也符合煤的清洁利用、环保减排的科学发展思路。

[0006] 我国的煤炭资源中有很大一部分是低质的褐煤，直接利用效率低、污染大。将褐煤作为原料进行转化，生产优质能源天然气，为我国低质煤的利用提供了一种新的手段。同时，我国新疆、内蒙古等边远地区煤资源极为丰富，但是受到铁路公路系统运力和高额运输成本的限制，开发利用难度较大，如何能够有效利用这些地区的煤资源对于我国的能源保障意义重大。近年来国家战略性的大力鼓励新疆、内蒙古地区的煤资源就地转化为高品质的天然气，通过已有的或规划建设中的天然气管道进行输送，减轻铁路公路系统的负荷，带动边远地区经济的发展。

[0007] 目前，我国已建成大唐内蒙古克什克腾旗40亿方/年、大唐辽宁阜新40亿方/年、庆华新疆伊宁55亿方/年、汇能内蒙古鄂尔多斯16亿方/年四个项目。2013年4月发改委再次批准山西同煤和中海油大同40亿方/年、中电投新疆霍城60亿方/年、新蒙内蒙古鄂尔多斯40亿方/年和国电内蒙古兴安盟40亿方/年四个新项目开工建设。煤制气再次进入快速发展时期。

[0008] 煤制合成天然气工艺的关键步骤是煤气化后的合成气COx组分完全甲烷化反应。煤气化产生的合成气中主要包含CO、CO2、H2、CH4和N2等成分，经过变换和净化等工艺后，通过甲烷化反应使得合成气中的CO、CO2和H2在一定的条件下转化为CH4，最后通过脱碳和富集等工艺，得到CH4含量超过90%的合成天然气（SNG）。

[0009] 甲烷化反应的化学反应式为：

[0010] CO+3H2→CH4+H2O ΔH=-206kJ/mol

[0011] CO2+4H2→CH4+2H2O ΔH=-165kJ/mol

[0012] 可见，甲烷化过程是一个气体分子数减少的反应，高压将有利于CH4的生成，同时合成气甲烷化过程是一个强烈放热的过程，将引起反应体系剧烈的温升。因此，能够在高温高压下长时间稳定工作并具有高催化活性的甲烷化催化剂是工艺的关键因素之一。

[0013] 目前国外比较成熟的商业化合成气完全甲烷化催化剂主要是由英国戴维过程技术（Davy Process Technology）公司和丹麦托普索（Haldor Topsoe A/S）公司研发的。戴维公司的CRG甲烷化催化剂（美国专利US4455391）是镍催化剂，含镍量50%以上，需要预先脱硫，使用时不必预先调节原料气中的n(H2)/n(CO)，250℃起活，最佳工作温度300～600℃，700℃以上失活。美国大平原厂目前使用的就是戴维公司生产的甲烷化催化剂。大唐克什克腾旗和阜新项目使用的也是戴维公司的催化剂。托普索公司的MCR-2X甲烷化催化剂（英国专利GB2077613A）也是镍催化剂，也需要预先脱硫，而且使用时需要预先调整n(H2)/n(CO)，活性组分分布在陶瓷载体上，在700℃以上仍然具有较高的活性。汇能鄂尔多斯和庆华伊宁项目使用的是托普索公司的催化剂。

[0014] 国内开展合成气完全甲烷化催化剂研究比较成熟的是中国科学院大连化学物理研究所及其下属的大连普瑞特化工科技有限公司。他们开发的商业化催化剂主要包括M348（中国专利CN88105142.X）和M349（中国专利CN200810001419.3）两种型号。两种催化剂的主要活性组分均为Ni，载体为Al2O3或TiO2，助剂则包括Mn、Zr、Cr和RE等。但是，国内开发的催化剂还没有工业化应用的报导。总体说来，煤制天然气生产流程所涉及的核心技术已大部分实现国产化，只有甲烷化技术目前国内还未有工业化的先例。为了尽快实现煤 制气全流程生产工艺国产化，国内多家单位都在积极开展这方面的工作。

[0015] 虽然国内外关于甲烷化工艺的研究已经有近二十年，有部分已经有了大规模工业项目或者示范项目的使用经验，但仍有很多问题需要进一步研究。首先，由于不同工艺气化后气体成分区别很大，如第四代鲁奇炉所产粗合成气组分为CO：56%，H2：28%，CO2:4%，CH4成分一般比较高有8%；Shell气化炉所产粗合成气组分为CO：59%，H2:28%，CO2：3.4%，CH4:0.9%；德士古气化炉所产粗合成气组分为CO：45%，H2:33%，CO2：20%，CH4:0.2%，适用于每一种气化技术的甲烷化工艺流程和其所用的催化剂由于气体成分和负荷的不同需要做相应的调整。再者，目前研发的完全甲烷化催化剂多数处于实验室研究阶段，今后需要做大量工业化中试来比选优化催化剂和确定最佳工艺参数，而一般来说只有经过数千小时稳定运行的催化剂才能进入大型工业化的阶段。因此，为了提供一个适用于不同气化技术粗合成器组分、移动方便可重复利用、并能够评估不同催化剂的效率和能耗的测试装置，故需要设计一种可移动式的煤制合成气甲烷化催化器测试平台。

发明内容

[0016] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台及测试方法，能够适应不同原料气成份、不同操作条件、不同催化剂的测试；通过该测试平台能够测评甲烷化工艺、操作参数及催化剂性能。

[0017] 为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

[0018] 一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台，包括能够放置在一个集装箱内运输的气体组分变换及净化部分和气体甲烷化部分，所述气体组分变换及净化部分包括耐硫水煤气变换装置、中温氧化锌脱硫装置、气水分离装置和 NaOH和5A分子筛柱脱碳装置，所述气体甲烷化部分为三段式甲烷化反应器装置；

[0019] 所述耐硫水煤气变换装置包括和气体缓冲罐V101连接的电加热预热器AX101，电加热预热器A X101和水蒸汽管道连接后再和相串联的变换炉A T101和变换炉B T102连接，还包括连接在电加热预热器X101和中温氧化锌脱硫装置间的气体介质换热器E101；

[0020] 所述中温氧化锌脱硫装置包括和变换炉B T102连接的两个相并联的脱硫塔A T103和脱硫塔B T104，其中脱硫塔A T103和脱硫塔B T104中的任意一个为备用脱硫塔，脱硫塔A T103和脱硫塔B T104中均放置氧化锌柱；

[0021] 所述气水分离装置包括与气体介质换热器E101依次连接的水介质换热器E102和气水分离器V102；

[0022] 所述NaOH和5A分子筛柱脱碳装置包括和气水分离器V102连接的两个相并联的分子筛塔A T105和分子筛塔B T106，其中分子筛塔A T105和分子筛塔B T106中的任意一个为备用分子筛塔，分子筛塔A T105和分子筛塔B T106中均放置NaOH和5A分子筛柱；

[0023] 所述三段式甲烷化反应器装置包括换热器A E103，所述换热器A E103的a口与分子筛塔A T105和分子筛塔B T106并联后的出口连接，换热器A E103的d口依次与电加热预热器B X102、甲烷化反应器A R101和脱盐水换热器BE104连接，脱盐水换热器B E104的输出端和换热器A E103的c口连接，换热器A E103的d口依次与甲烷化反应器B R102、脱盐水换热器C E105、甲烷化反应器C R103和脱盐水换热器D E106连接。

[0024] 所述耐硫水煤气变换装置的参数设置如下：煤气流量0.8～4Nm3/h，定量加水蒸汽与煤气体积比为0.2～0.7:1，变换炉A T101和变换炉B T102设计高度为 1.2米，高径比为4:1，材料选用304L，变换催化剂装填量100ml，催化剂型号选用钴钼系耐硫催化剂，变-1换炉A T101和变换炉B T102的操作空速为8000～40000h ，工作温度为190～500℃，设计最高温度为600℃，工作压力为0.1～4Mpa，设计最高压力为5Mpa。

[0025] 所述中温氧化锌脱硫装置的参数设置如下：煤气流量为0.8～4Nm3/h，氧化锌柱材料采用304L，工作温度为100～500℃，设计最高温度为600℃，工作压力为0.1～4Mpa，设计最高压力为5Mpa，氧化锌柱装填量为5L，选用中温氧化锌脱硫剂，操作空速为160～-1800h ，脱硫采用中温干法脱硫，通过氧化锌脱硫，将总硫降至0.2ppm以下。

[0026] 所述气水分离装置中的水介质换热器E102采用板式换热器，换热面积为0.8m2，气水分离器V102的体积为200L。

[0027] 所述NaOH和5A分子筛柱脱碳装置的参数设置如下：分子筛塔A T105和分子筛塔3
B T106中煤气流量为0.8～4Nm/h，NaOH和5A分子筛柱材料选用304L，工作温度为35～
100℃，工作压力为0.1～4.5Mpa，设计最高压力为5Mpa，NaOH装填量为2.5L，5A分子筛装-1
填量为2.5L，操作空速为160～800h 。

[0028] 所述三段式甲烷化反应器装置的参数设置如下：煤气流量为0.8～4Nm3/h，甲烷化反应器A R101、甲烷化反应器B R102和甲烷化反应器C R103的材料选用304L，工作温度为300～700℃，设计最高温度为800℃，工作压力为0.1～3Mpa，设计最高压力为5Mpa，-1催化剂装填量为100ml，操作空速为8000～40000h ，甲烷化反应器A R101、甲烷化反应器B R102和甲烷化反应器C R103高径比在6～3:1之间选择，换热器A E103、脱盐水换热器
2
B E104、脱盐水换热器C E105和脱盐水换热器D E106选用板式换热器，换热面积1.5m。

[0029] 所述测试平台适用于鲁奇炉、德士古炉、Shell炉或焦炉煤气。

[0030] 上述所述的一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台的测试方法，将经过分析的原料气，计量调节后送入气体缓冲罐V101，然后经电加热预热器A X101加热至200℃配入水蒸汽混合后进入变换炉A T101和变换炉B T102，水蒸汽与原料气体积比为
0.2～0.7:1，将气体中的CO转换成H2和CO2，调整H2：CO体积比为2.9～3.1；然后进入脱硫塔A T103或脱硫塔B T104，脱硫至0.2ppm以下；脱硫后的出口气与变换炉A T103的进口气通过气体介质换热器E101换热，随后经水介质换热器E102换热降温进入气水分离器V102分离水分；之后进入分子筛塔A T105或分子筛塔B T106，5A分子筛吸附CO2至20ppm以下；达到甲烷化反应温度要求送往甲烷化反应器；预处理后的气体经换热器A E103内壳后再经电加热预热器BX102，在300℃下进入甲烷化反应器A R101，在甲烷化反应器A R101内，大部分一氧化碳与氢气反应生成甲烷和水，并放出大量热，出口气体温度控制在600℃以内，通过脱盐水换热器B E104降温换热，然后再经换热器A E103降温换热，气体温度降低后进入甲烷化反应器B R102，少部分的一氧化碳和氢进一步反应生成甲烷和水，并放热，出口气体与脱盐水换热器C E105换热后进入甲烷化反应器C R103，甲烷化反应器C R103的出口合成气经脱盐水换热器D E106冷却后得到合成的甲烷气产品；气体组分测量后直接引回到工厂的火炬区点燃或者直接高排。

[0031] 本发明和现有技术相比，具有如下优点：

[0032] 1、本发明平台适用性强，能适用于不同气源，对现有的鲁奇炉、德士古炉、Shell炉，甚至焦炉煤气都适用。该平台用于试验各种气源状况的最佳甲烷化反应条件，能够适应不同原料气成份、不同操作条件、不同催化剂的测试。通过装置可以测评甲烷化工艺、操作参数及催化剂性能。

[0033] 2、平台设计结构合理、布局紧凑，装置能够放在一个集装箱内，方便运输。

[0034] 3、平台设有CO变换工序，无需外接纯H2配气。

[0035] 4、测试方法选用不同于大型工业化装置常用的低温甲醇洗技术，省去了多级换热装置、制冷装置和循环再生装置，易于平台的小型化。而选用的脱硫、脱水、和脱碳方法均不需大型设备和复杂工艺，都能够在一个装置内完成，且设计为一用一备，便于更换保证连续运行。

[0036] 5、先进行变换再中温脱硫，利用变换反应放出的热量来达到ZnO中温脱硫所需的温度。

[0037] 6、利用变换反应放出的热量预热进入变换前的粗气，利用甲烷化反应放出的热量预热进入甲烷化前的气流，除了在开车时利用电棒加热及在温度下降时补热外，均利用系统反应自身热量来维持各段所需温度。

[0038] 7、甲烷化反应器设计采用强制移热的方式把反应后放出的大量热量移走，控制后面反应器床层温度，防止飞温。

[0039] 8、利用原料气的压力提供驱动力，无需额外配备增压机。

[0040] 9、耐硫水煤气变换装置；中温氧化锌脱硫装置；气水分离装置；NaOH和5A分子筛柱脱碳装置可以灵活操作，根据现场条件，可以选择关闭并旁路水煤气变换装置、脱硫装置或脱碳装置。

附图说明

[0041] 图1为本发明测试平台结构示意图。

[0042] 图2为本发明测试方法流程图。

具体实施方式

[0043] 以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

[0044] 如图1所示，本发明一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台，包括能够放置在一个集装箱内运输的气体组分变换及净化部分和气体甲烷化部 分，所述气体组分变换及净化部分包括耐硫水煤气变换装置、中温氧化锌脱硫装置、气水分离装置和NaOH和5A分子筛柱脱碳装置，所述气体甲烷化部分为三段式甲烷化反应器装置；所述耐硫水煤气变换装置包括和气体缓冲罐V101连接的电加热预热器A X101，电加热预热器A X101和水蒸汽管道连接后再和相串联的变换炉A T101和变换炉B T102连接，还包括连接在电加热预热器X101和中温氧化锌脱硫装置间的气体介质换热器E101；所述中温氧化锌脱硫装置包括和变换炉B T102连接的两个相并联的脱硫塔A T103和脱硫塔B T104，其中脱硫塔A T103和脱硫塔B T104中的任意一个为备用脱硫塔，脱硫塔A T103和脱硫塔B T104中均放置氧化锌柱；所述气水分离装置包括与气体介质换热器E101依次连接的水介质换热器E102和气水分离器V102；所述NaOH和5A分子筛柱脱碳装置包括和气水分离器V102连接的两个相并联的分子筛塔A T105和分子筛塔B T106，其中分子筛塔A T105和分子筛塔B T106中的任意一个为备用分子筛塔，分子筛塔A T105和分子筛塔B T106中均放置NaOH和5A分子筛柱；所述三段式甲烷化反应器装置包括换热器A E103，所述换热器A E103的a口与分子筛塔A T105和分子筛塔B T106并联后的出口连接，换热器AE103的d口依次与电加热预热器B X102、甲烷化反应器A R101和脱盐水换热器B E104连接，脱盐水换热器B E104的输出端和换热器A E103的c口连接，换热器A E103的b口依次与甲烷化反应器B R102、脱盐水换热器C E105、甲烷化反应器C R103和脱盐水换热器D E106连接。

[0045] 作为本发明的优选实施方式，所述耐硫水煤气变换装置的参数设置如下：煤气流3 3
量为0.8～4Nm/h，更优选煤气流量为2～3Nm/h，定量加水蒸汽与煤气体积比为0.2～
0.7:1，变换炉A T101和变换炉B T102设计高度为1.2米，高径比为4:1，材料选用304L，变换催化剂装填量100ml，催化剂选用钴钼系耐硫变换 催化剂，变换炉A T101和变换炉B -1
T102的操作空速为8000～40000h ，工作温度为190～500℃，设计最高温度为600℃，工-1
作压力为0.1～4Mpa，设计最高压力为5Mpa。更优选操作空速为20000～30000h ，工作温度为200～400℃，工作压力为1～2Mpa。

[0046] 作为本发明的优选实施方式，所述中温氧化锌脱硫装置的参数设置如下：煤气流3
量为0.8～4Nm/h，氧化锌柱材料采用304L，工作温度为100～500℃，设计最高温度为
600℃，工作压力为0.1～4Mpa，设计最高压力为5Mpa，氧化锌柱装填量为5L，选用一般的中-1
温氧化锌脱硫剂，操作空速为160～800h ，气体中对催化剂有害的主要是硫，脱硫采用中
3
温干法脱硫，通过氧化锌脱硫，可以将总硫降至0.2ppm以下。更优选煤气流量为2～3Nm/h，氧化锌柱材料选用304L，工作温度为200～400℃，工作压力为1.0～3.0Mpa，操作空速-1
为300～600h 。

[0047] 作为本发明的优选实施方式，所述气水分离装置中的水介质换热器E102采用板2
式换热器，换热面积为0.8m，气水分离器V102的体积为200L。为了实现完全甲烷化，提高甲烷化反应的深度并防止其他副反应进行（如CO变换），需要降低水分，固采用冷却的方法实现气水分离。

[0048] 作为本发明的优选实施方式，所述NaOH和5A分子筛柱脱碳装置的参数设置如下：3
分子筛塔A T105和分子筛塔B T106中煤气流量为0.8～4Nm/h，NaOH和5A分子筛柱材料选用304L，工作温度为35～100℃，工作压力为0.1～4.5Mpa，设计最高压力为5Mpa，-1
NaOH装填量为2.5L，5A分子筛装填量为2.5L，操作空速为160～800h 。更优选煤气流量
3 -1
为2～3Nm/h，工作温度为50～80℃，工作压力为2～3Mpa，操作空速为400～600h 。煤气流量由于甲烷化反应中CO2反应需要的H2更多，为了保证H2足够的CO反应，提高催化剂对CO的一次转化率， 需要提前脱碳，此装置采用NaOH和5A分子筛混合在常温下吸附CO2，而CO，H2和CH4可以通过。

[0049] 所述三段式甲烷化反应器装置的参数设置如下：煤气流量为0.8～4Nm3/h，甲烷化反应器A R101、甲烷化反应器B R102和甲烷化反应器C R103的材料选用304L，工作温度为300～700℃，设计最高温度为800℃，工作压力为0.1～3Mpa，设计最高压力为5Mpa，催-1化剂装填量为100ml，操作空速为8000～40000h ，甲烷化反应器A R101、甲烷化反应器B R102和甲烷化反应器C R103高径比在6～3:1之间选择，换热器A E103、脱盐水换热器B
2
E104、脱盐水换热器C E105和脱盐水换热器D E106选用板式换热器，换热面积1.5m。更
3
优选的煤气流量为1～2Nm/h，工作温度为400～500℃，工作压力为0.5～2Mpa，操作空-1
速为10000～20000h ，反应器高径比在6～5:1。

[0050] 所述测试平台适用于鲁奇炉、德士古炉、Shell炉或焦炉煤气。

[0051] 如图2所示，一种可移动式煤制合成气甲烷化催化剂测试平台的测试方法，将经过分析的原料气，计量调节后送入气体缓冲罐V101，然后经电加热预热器A X101加热至200℃配入水蒸汽混合后进入变换炉A T101和变换炉B T102，水蒸汽与原料气体积比为
0.2～0.7:1，将气体中的CO转换成H2和CO2，调整H2：CO体积比为2.9～3.1；然后进入脱硫塔A T103或脱硫塔B T104，脱硫至0.2ppm以下；脱硫后的出口气与变换炉A T101的进口气通过气体介质换热器E101换热，随后经水介质换热器E102换热降温进入气水分离器V102分离水分；之后进入分子筛塔A T105或分子筛塔B T106，5A分子筛吸附CO2至20ppm以下；达到甲烷化反应温度要求后送往甲烷化反应器；预处理后的气体经换热器AE103内壳后再经电加热预热器B X102，在300℃下进入甲烷化反应器A R101，在甲烷化反应器A R101内，大部分一氧化碳与氢气反应生成甲烷和水，并放出 大量热，出口气体温度控制在
600℃以内，通过脱盐水换热器B E104降温换热，然后再经换热器A E103降温换热，气体温度降低后进入甲烷化反应器B R102，少部分的一氧化碳和氢进一步反应生成甲烷和水，并放热，出口气体与脱盐水换热器C E105换热后进入甲烷化反应器C R103，甲烷化反应器C R103的出口合成气经脱盐水换热器D E106冷却后得到合成的甲烷气产品；气体组分测量后直接引回到工厂的火炬区点燃或者直接高排。

[0052] 具体实例

[0053] 下述气体组分均为体积百分比。

[0054] 实例一

[0055] 本实例使用Shell气化炉所产的煤气为气源，其气体组分如下表1所示：

[0056] 表1

[0057]CO2 2.98%
CO 51.19%
H2 23.15%
N2 8.34%
Ar 0.10%
H2S 0.13%
COS 0.01%
HCN 0.002
CH4 0.77%
NH3 0.01%
H2O 13.33%

[0058] 1）耐硫水煤气变换装置将煤气中氢气与一氧化碳比变为合适值

[0059] 煤气温度为160℃，压力为2.8Mpa。煤气以3Nm3/h的流量首先经过气体缓冲罐V101，脱掉大部分水分。然后经电加热预热器A X101加热至200℃，经 指示控制流量计FTC101配入水蒸汽，水蒸汽和煤气的体积比为0.21，混合后进入变换炉A T101，变换炉A X101处理的气体经指示控制流量计FTC102配入水蒸气，水蒸汽和煤气的体积比为0.24，混-1合后进入变换炉B T102，变换炉A T101和变换炉B T102的操作空速为30000h 、温度为
300℃、压力为1.5Mpa，经两次变换后气体中的H2：CO比46.65/15.50为3。变化工艺参数如下表2所示：

[0060] 表2

[0061]

[0062] 2）中温氧化锌脱硫装置将硫含量降至低于0.2ppm

[0063] 经水煤气变换后的煤气以2Nm3/h的流量进入脱硫塔A T103或脱硫塔BT104，在温度为200℃与压力为2.0Mpa下氧化锌和H2S反应生成ZnS脱硫，脱硫塔出口的H2S浓度降至0.2ppm以下。

[0064] 3）气水分离装置分离煤气中的水分

[0065] 从中温氧化锌脱硫装置出来的气体与变换炉A T101的进口气换热，随后经循环自来水换热降温进入气水分离器V102分离水分。

[0066] 4）NaOH和5A分子筛柱脱碳装置脱碳低于20ppm

[0067] 经气水分离的煤气进入分子筛塔A T105或分子筛塔B T106，塔中装填的NaOH和5A分子筛双重作用可有效吸附CO2至20ppm以下。

[0068] 5）三段式甲烷化反应器进行煤气甲烷化反应

[0069] 经前一装置预处理后的气体经换热器A E103内壳后再经电加热预热器BX102，在300℃下进入甲烷化反应器A R101，在甲烷化反应器A R101内，大部分一氧化碳与氢气反应生成甲烷和水，并放出大量热，出口气体温度控制在600℃以内，通过脱盐水换热器B E104降温换热，然后再经换热器A E103降温换热，气体温度降低后进入甲烷化反应器B R102，少部分的一氧化碳和氢进一步反应生成甲烷和水，并放热，出口气体与循环脱盐水换热后进入甲烷化反应器CR103，甲烷化反应器C R103的出口合成气经循环脱盐水冷却后得到合成的甲烷气产品。气体组分测量变化如下表3所示：

[0070] 表3

[0071]

[0072] 实例二：

[0073] 本实例使用鲁奇气化炉所产的煤气为气源。其气体组分如下表4所示：

[0074] 表4

[0075]CO2 2.98%
CO 43.19%
H2 22.15%
N2 8.34%
Ar 0.10%
H2S 0.13%
COS0.01%
HCN0.002
CH4 9.87%
NH30.01%
H2O 13.33%

[0076] 1）耐硫水煤气变换装置将煤气氢气与一氧化碳比变为合适值

[0077] 煤气温度为160℃，压力为2.8Mpa。煤气以2.5Nm3/h的流量首先经过气体缓冲罐V101，脱掉大部分水分。然后经电加热预热器A X101加热至200℃，经指示控制流量计FTC101配入水蒸汽，水蒸汽和煤气的体积比为0.21，混合后进入变换炉A T101，变换炉A变换的气体经指示控制流量计FTC102配入水蒸气，水蒸汽和煤气的体积比为0.24，混合后进-1入变换炉B T102，变换炉A T101和变换炉B T102的操作空速为25000h 、温度为280℃、压力为1.6Mpa，经两次变换后气体中的H2：CO比45.95/15.50为2.96。变化工艺参数如下表5所示：

[0078] 表5

[0079]

[0080] 2）中温氧化锌脱硫装置将硫含量降至低于0.2ppm

[0081] 经水煤气变换后的煤气以3Nm3/h的流量进入脱硫塔A T103或脱硫塔BT104，在200℃与3.0Mpa下氧化锌和H2S反应生成ZnS脱硫，脱硫塔出口的H2S浓度降至0.2ppm以下。

[0082] 3）气水分离装置分离煤气中的水分

[0083] 从中温氧化锌脱硫装置出来的气体与变换炉A T101的进口气换热，随后经循环自来水换热降温进入气水分离器V102分离水分。

[0084] 4）NaOH和5A分子筛柱脱碳装置脱碳低于20ppm

[0085] 经水汽分离的煤气进入分子筛塔A T105或分子筛塔B T106，塔中装填的NaOH和5A分子筛双重作用可有效吸附CO2至20ppm以下。

[0086] 5）三段式甲烷化反应器进行煤气甲烷化反应

[0087] 经前一装置预处理后的气体经换热器A E103内壳后再经电加热预热器BX102，在甲烷化反应器A R101内，大部分一氧化碳与氢气反应生成甲烷和水，并放出大量热，出口气体温度控制在600℃以内，通过脱盐水换热器B E104降温换热，然后再经换热器A E103降温换热，气体温度降低后进入甲烷化反应器B R102，少部分的一氧化碳和氢进一步反应生成甲烷和水，并放热，出口气体与循环脱盐水换热后进入甲烷化反应器C R103，甲烷化反应器C R103的出口合成气经循环脱盐水冷却后得到合成的甲烷气产品。气体组分测量变化如下表6所示：

[0088] 表6

[0089]

[0090] 实例三：

[0091] 本实例使用现场已经净化好的煤合成气气源，则水煤气变换、脱硫、脱水、脱碳装置无需开启，只开甲烷化反应器段。

[0092] 煤合成气体经换热器A E103内壳后再经电加热预热器B X102，在300℃下进入甲烷化反应器A R101，在甲烷化反应器A R101内，大部分一氧化碳与氢气反应生成甲烷和水，并放出大量热，出口气体温度控制在600℃以内，通过脱盐水换热器B E104降温换热，然后再经换热器A E103降温换热，气体温度降低后进入甲烷化反应器B R102，少部分的一氧化碳和氢进一步反应生成甲烷和水，并放热，出口气体与循环脱盐水换热后进入甲烷化反应器C R103，甲烷化反应器C R103的出口合成气经循环脱盐水冷却后得到合成的甲烷气产品。气体组分测量变化如下表7所示：

[0093] 表7

[0094]

[0095] 实例四：

[0096] 本实例使用鲁奇气化炉所产的煤气为气源，但是不开脱碳装置，只运行水煤气变换、脱硫和脱水装置。其气体组分如下表8所示：

[0097] 表8

[0098]CO2 2.98%
CO43.19%
H222.15%
N28.34%
Ar0.10%
H2S0.13%
COS0.01%
HCN0.002
CH49.87%
NH30.01%
H2O13.33%

[0099] 1耐硫水煤气变换装置将煤气氢气与一氧化碳比变为合适值

[0100] 煤气温度为160℃，压力为2.8Mpa。煤气以2.3Nm3/h的流量首先经过气体缓冲罐V101，脱掉大部分水分。然后经电加热器A X101加热至200℃，经指示控制流量计FTC101配入水蒸汽，水蒸汽和煤气的体积比为0.21，混合后进入变换炉A T101，变换炉A X101处理的气体经指示控制流量计FTC102配入水蒸气，水蒸汽和煤气的体积比为0.24，混合后进-1入变换炉B T102，变换炉A T101和变换炉B T102的操作空速为23000h 、温度为320℃、压力为1.2Mpa，经两次变换后气体中的H2：CO比45.95/15.50为2.96。变化工艺参数如下表9所示：

[0101] 表9

[0102]

[0103] 2中温氧化锌脱硫装置将硫含量降至低于0.2ppm

[0104] 经水煤气变换后的煤气以3.5Nm3/h的流量进入脱硫塔A T103或脱硫塔BT104，在200℃下与1.0Mpa下氧化锌和H2S反应生成ZnS脱硫，脱硫塔出口的H2S浓度降至0.2ppm以下。

[0105] 3气水分离装置分离煤气中的水分

[0106] 从中温氧化锌脱硫装置出来的气体与变换炉A T101的进口气换热，随后经循环自来水换热降温进入气水分离器V102分离水分。

[0107] 4三段式甲烷化反应器进行煤气甲烷化反应

[0108] 经前一装置预处理后的气体经换热器A E103内壳后再经电加热预热器BX102，在300℃下进入甲烷化反应器A R101，在甲烷化反应器A R101内，大部分一氧化碳与氢气反应生成甲烷和水，并放出大量热，出口气体温度控制在600℃以内，通过脱盐水换热器B E104降温换热，然后再经换热器A E103降温换热，气体温度降低后进入甲烷化反应器B R102，少部分的一氧化碳和氢进一步反应生成甲烷和水，并放热，出口气体与循环脱盐水换热后进入甲烷化反应器CR103，甲烷化反应器C R103的出口合成气经循环脱盐水冷却后得到合成的甲烷气产品。气体组分测量变化如下表10所示：

[0109] 表10

[0110]