重大突破!中国中化助力我国煤制天然气催化剂技术实现自主可控!

近日,我国自主研制的甲烷化催化剂日前在新疆庆华大型煤制天然气项目中,一次性开车成功,标志着我国自主研制的大型煤制天然气甲烷化技术取得突破。

其中,中国中化旗下西南化工研究设计院有限公司(以下简称西南院)自主研制的煤制天然气甲烷化催化剂起到关键作用,该催化剂具有耐高温、高活性、高稳定性和抗积炭等优点,能完全满足大型煤制天然气工业生产要求。

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(新疆庆华能源集团15亿Nm³/a煤制天然气项目)

众所周知,我国的能源结构是富煤少气,煤制天然气是煤炭清洁高效利用的有效途径。近日,我国大型煤制天然气技术取得重大突破。中国中化旗下西南院研制的煤制天然气甲烷化催化剂,在新疆庆华能源集团大型煤制天然气项目中首次实现110%负荷平稳运行,获得的甲烷浓度为61.7%,高于国外引进技术近3个百分点。

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天然气产品顺利并入西气东输管网,标志着我国自主研制的大型煤制天然气甲烷化技术取得重大突破,实现了煤制天然气领域全产业链条技术国产化,对保障国家能源安全具有重要意义。

这一步,我们走了二十年

过去,我国的煤制天然气甲烷化催化剂一直依赖进口,供货期长、价格高昂并存在断供风险,一直是行业亟待突破的难题。

作为“国家碳一化学工程技术研究中心”的依托单位,为实现煤制天然气技术自主可控,西南院下决心要啃下甲烷化催化剂这块“硬骨头”。

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(西南院煤制天然气甲烷化催化剂研发团队)

2010年,西南院开题立项进行煤制天然气技术工艺包及关键催化剂研究

2013年,西南院完成350Nm³/h甲烷化模试。

2014年,西南院与中海油合作的国内第一套2000m³/h煤制天然气甲烷化全流程中试成功。

2021年,西南院与新疆庆华能源集团签订协议进行煤制天然气催化剂侧线试验,经1400小时侧线试验运行,煤制天然气催化剂各项性能指标达到设计要求。

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2022年,西南院与新疆庆华能源集团签订正式的供货合同。7月28日,煤制天然气装置实现满负荷生产。7月31日,煤制天然气催化剂通过72小时性能考核,装置最大生产负荷达到设计指标的110%,每天生产460万标准立方米天然气,并顺利并入国家西气东输管网,我国首次国产煤制气催化剂整炉工业化应用取得完全成功!

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已申请72项专利

与国内外技术相比,西南院煤制天然气甲烷化技术成果具有诸多创新性和先进性。目前,西南院煤制天然气技术已申请甲烷化关键技术相关专利27项,获得授权13项。

创新亮点1——更优秀的活性

通过改善甲烷化催化剂活性组份的分散性和表面结构,提升其耐高温性、稳定性、催化选择性、强度等技术参数,使其具有更高的活性金属负载量、更大的比表面积,以及高负荷下更优秀的甲烷化活性。

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煤制天然气甲烷化催化剂产品

创新亮点2——更高的转化率

通过助剂的添加提高催化剂性能,确保在高空速的条件下具有更高的一氧化碳+二氧化碳总转化率(≥98.5%)

创新亮点3——更低的成本

通过优化甲烷化工艺的流程配置,降低了能耗,并缩小甲烷化反应器和换热器尺寸,减少设备投资,降低运行成本。

创新亮点4——更好的指标

采用西南院技术和催化剂后,可生产甲烷含量≥97%,氢气含量≤2%的合成天然气,优于《煤制合成天然气》国家标准一类产品气指标。

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(西南院分析人员正在对催化剂样品进行测试)

不只是煤制气,催化剂真有那么关键吗?首先,我们先一起来了解下什么是催化剂

简单说,催化剂是一种“媒介”,可以让化学反应更精准、可控。它是化工的核心,被称为“化工发动机”。

催化剂可以有效提高反应物的化学反应速率,约90%的工业过程中需要使用催化剂,尤其是在石油、化工、生物、医药等领域。

催化剂的种类繁多,绝大多数催化剂分为活性组分、载体、助催化剂三类。催化剂在通常状况下,能够对物质产生一定的选择性,即只能针对特殊物质产生相关的化学反应,或者使部分化学反应呈加速状态。

西南院的催化剂家族

西南院是国内知名的催化剂产品供应商,拥有自主研发的各类催化剂50余种。从20世纪80年代开始,西南院的催化剂累计出口20多个国家和地区,多项催化技术处于世界先进水平。

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甲醇催化剂

从上世纪70年代中期开始,西南院进行合成甲醇催化剂研究,先后研发了C302、C312、XNC-98等系列中低压合成甲醇催化剂,并成功应用于国内大中小型甲醇合成装置130多套。甲醇催化剂研究成果先后获国家科技进步二等奖、化工部科技进步二等奖、第三届爱因斯坦世界发明博览会国际最高金奖等奖项。

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(XNC-98合成甲醇催化剂)

烃类转化催化剂

从上世纪60年代开始,西南院进行气态烃转化催化剂和工艺的研究,先后成功开发Z107、CN-8、Z110Y、Z111-6YQ 、CN-16YQ、CN-23、CN-28YQ等系列一段转化催化剂,已成功应用于国内外300多套合成氨、甲醇、制氢装置。烃类转化催化剂研究成果先后荣获国家科技进步二等奖2次、三等奖1次,化工部科技进步一等奖等奖项。

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(烃类转化催化剂—一段转化催化剂CN-16YQ、CN-28YQ)

超精净化剂

西南院2006年开始进行超精净化剂研究,先后开发多型超精净化剂,应用于30多套合成气、焦炉气、热解气等工艺气体的深度脱硫净化装置,可将原料气中有机硫和无机硫脱除至≤0.02ppm。

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(超精净化剂CNJ-5P)

甲醇蒸汽转化制氢催化剂

从上世纪80年代开始,西南院开始进行甲醇蒸汽转化制氢工艺和催化剂的研究。如今,该型催化剂与工艺技术已成功应用于国内大中小型甲醇水蒸汽转化制氢装置100多套。

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(甲醇蒸汽转化制氢催化剂CNZ-1)

二甲醚催化剂

西南院的CNM系列二甲醚催化剂成功应用于国内外80多套二甲醚装置。

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(CNM-3、CNM-5二甲醚催化剂)

人类的生产生活离不开化学,而化学工业的发展也离不开催化剂。中国中化将继续坚持“科学至上”理念,依托深厚的创新技术积累和专业的科研队伍,继续探索多元催化技术,开发出更多高技术含量的催化剂产品,驱动我国化工行业高质量发展。

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