[發明專利]一種制備合成天然氣的方法和裝置

有效

• 申請號: 201010205431.3
• 申請日: 2010-06-21
• 公開（公告）號: CN101851537A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 駱念軍;計揚;毛彥鵬;張博;柳剛
• 申請（專利權）人: 上海浦景化工技術有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 沙永生

技術領域

本發明涉及利用含CO氣體制備合成天然氣的方法，特別是通過甲烷化反應制備合成天然氣的方法。

技術背景

針對我國天然氣的缺乏，尤其是2009年冬天北方出現的氣荒現象，發展合成天然氣制備工藝成為研究重點。制備合成天然氣過程中的一個重要步驟就是CO/CO₂的甲烷化反應，提高產品氣中CH₄的含量，反應方程式如下：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O

當原料氣中H₂∶CO比小于3時，還需要進行水汽變換反應以提高H₂∶CO比，變換反應方程式為：

CO+H₂O＝CO₂+H₂

其中，甲烷化反應屬于強放熱反應，基本上每轉化1％的CO絕熱溫升約為72℃，每轉化1％的CO₂絕熱溫升約為60℃。由于反應屬于強放熱反應，反應過程中若移熱效果不夠好，則容易發生飛溫現象，從而產生高溫結炭，降低催化劑的催化活性和使用壽命。現階段的主要研究都集中在提高催化劑的熱穩定性，如專利“一種新型甲烷化催化劑及其制備方法”(公開號CN?101380581A)等。而針對反應工藝方面的報道較少，為達到控制反應溫升的目的，一般采取的方法是通過降低原料氣中CO的含量來降低反應量，從而降低反應放熱量控制反應溫升，例如在專利“一種利用焦爐氣制備合成天然氣的方法”(公開號CN1919985)中采用稀釋法和兩段轉化法，其中稀釋法是返混甲烷化產物到原料氣中，循環氣比較高，而兩段法進口CO和CO₂濃度仍然較高；專利“一種利用焦爐氣制備合成天然氣的甲烷化反應工藝”(公開號CN101508922A)采用了多級甲烷化工藝，其原料氣為焦爐氣，H₂∶CO比遠大于3，且工藝過程中存在著嚴重的產品氣返混到原料氣中的現象；專利(公開號CN101560423A)“一種制備代用天然氣的方法及設備”亦是采用通過產品氣混合新鮮原料氣的方法來控制反應溫升。

因此，本領域中迫切需要一種能控制甲烷化反應的溫度從而減少催化劑高溫積炭的方便易行的方法。

發明內容

為了達到上述目的，本發明提供一種制備合成天然氣的方法，它包括在液態飽和水的存在下使含有CO、CO₂和H₂的原料氣進行甲烷化反應的步驟。

在本發明方法中，利用液態飽和水的汽化來快速移除甲烷化反應放出的熱量，達到控制反應溫升的目的，同時產生的飽和水蒸汽促進了水汽變換反應，提高了H₂∶CO比。

本發明的另一目的是提供實施上述方法的裝置，它包括具有原料氣進口、產物出口、鎳系催化劑和液態水進口的甲烷化反應器。

本發明的方法方便易行，適用于各種原料氣體，不僅通過水汽變換反應提高了原料氣中的提高H₂∶CO比，而且通過液態飽和水的汽化快速移除甲烷化反應放出的大量熱量，有效地控制了反應溫度，減少了催化劑的高溫積炭，延長了催化劑的壽命。本發明的反應裝置結構簡單，操作方便，并減少了如多級甲烷化工藝過程中需采用的多臺反應器和熱交換器，以及避免了產品氣返混到原料氣中現象。

附圖說明

圖1是本發明一個優選反應裝置的示意圖。

具體實施方式

本發明方法所用的原料氣來源廣泛，例如是由H₂∶CO比不同的含CO、CO₂、H₂以及惰性氣體N₂等組成的混合氣體，特別是煤氣化后的粗煤氣、生物質氣化后氣體、焦爐氣凈化后的氣體、或它們的混合物。這些原料氣中H₂∶CO一般為1∶0.2～5，優選為1∶1～3.5。

這些原料可直接應用于本發明方法，不需要通過水汽變換反應進行預處理來提高H₂∶CO比。

如圖1所述，將上述原料氣直接通入反應器1中。該反應器具有原料氣進口、產物出口、鎳系催化劑和液態水進口。反應器1是本行業中常規的甲烷化反應器，如管式反應器或或釜式反應器，所不同的是增加了連續或間歇加入液態水的進口。