[發明專利]制取合成天然氣的等溫甲烷化工藝和裝置

有效

• 申請號: 200910054761.4
• 申請日: 2009-07-14
• 公開（公告）號: CN101649233A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 楊震東;陸歡慶;劉敬榮;金力強
• 申請（專利權）人: 上海國際化建工程咨詢公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 呂 伴

技術領域

本發明涉及以煤或生物質為原料制取合成天然氣(SNG)的化工領域， 尤其涉及以煤(coal)或生物質(biomass)為原料制取合成天然氣 (substitute/synthetic?natural?gas，SNG)的等溫甲烷化工藝和裝置(Isothermal Methanation?Process?and?Plant，SIECC/IMP)。

背景技術

我國能源結構目前的現狀為多煤、少氣、缺油，并且以后也很難以改觀。 目前煤碳的利用以直接做燃料為主，利用效率低；并且煤在燃燒過程中，排 放大量的廢氣、廢渣等有害物質，污染空氣、水域和土地，還有碳——化工 用的煤都是通過鐵路和輪船運輸，運輸負荷重，占據了大量的運輸資源，因 此集中建設多套大型的煤或生物質制甲烷氣裝置(單系列400萬方/天SNG)， 將含碳原料氣化后，氣體經調質(調整氣體成分)，凈化(脫除甲烷化催化劑 有毒雜質)，再經過甲烷化，生產符合我國天然氣管道輸送標準的高熱值清潔 合成天然氣SNG勢在必行。

將煤或生物質制甲烷氣后有利于解決以下問題：

1)有利于緩解鐵路公路運輸的緊張狀態；

2)改善城市居民生活環境及城市附近工業區的環境保護；

3)解決遠離天然氣產地的工礦企業對于清潔燃料的要求；

4)穩定天然氣供應。

現階段中華人民共和國國家標準GB17820-1999的天然氣標準如表1：

表1

但是目前以煤或生物質為原料制取合成天然氣(SNG)的甲烷化裝置， 國外僅有一套工業化裝置在運行，國內還沒有示范裝置、半工業化裝置或工 業化裝置運行。而采用國外已有的工業化裝置制得的甲烷氣存在著碳含量高、 氫含量高、熱值低、質量差、熱回收效率差及流程復雜等缺點，不符合中華 人民共和國國家標準GB17820-1999的天然氣標準，因此現有甲烷化技術不能 滿足國內對煤或生物質制取合成天然氣(SNG)大型化裝置建設的要求。有 鑒于此，本發明的IMP等溫甲烷化工藝和裝置(Isothermal?Methanation?Process and?Plant)，意在自主開發我國的以煤或生物質制取合成天然氣(SNG)的新 型節能環保甲烷化技術，對我國經濟發展及協調利用我國各種能源和節能減 排具有特殊的意義。

合成氣的甲烷化涉及的反應如下：

甲烷化反應：

CO+3H₂←→CH₄+H₂O+ΔH

CO₂+4H₂←→CH₄+2H₂O+ΔH

一氧化碳變換反應：

CO+H₂O←→CO₂+H₂+ΔH

上述反應同時進行。由上述反應式可以看出，甲烷化反應是強放熱反應， 高溫下加速反應，低溫下有利于甲烷反應平衡向右移動。

由于甲烷化是一個氫和碳氧化物氣體(稱為合成氣)反應的催化反應過 程，從煤或生物質制得的氣體調質凈化后成為制取SNG的合成氣，含有很高 含量的碳氧化物和氫氣，該氣體在催化劑上反應生成甲烷，釋放出大量的熱 量，一次通過的絕熱溫升可以達到400～600℃，非常容易造成催化劑的失活和 反應器損壞。

甲烷化制合成天然氣(SNG)的主要問題是控制催化劑的溫升。目前的 一些甲烷化工藝，主要差別就是在溫度控制所采用方法的不同上。最常用的 方法是氣體循環法，即循環氣體稀釋合成氣，反應熱被大量工藝氣作為顯熱 吸收。

目前甲烷化工藝中還存在如下問題：

1.現有的甲烷化工藝復雜，甲烷化反應器數量多，換熱設備多；

2.循環量大，循環能耗高，單套大型化困難；

3.目前采用高溫氣體循環的甲烷化工藝，循環壓縮機設計制造有難度， 運行條件苛刻，投資大；而采用冷氣體循環的甲烷化工藝，高品位熱量回收 減少，蒸汽產量降低(飽和或過熱)，熱利用效率下降。

發明內容