[發明專利]一種煤制合成氣進行甲烷化合成天然氣的工藝

有效

• 申請號: 201010524404.2
• 申請日: 2010-10-26
• 公開（公告）號: CN101979476A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發明（設計）人: 張慶庚;李忠;閆少偉;崔曉曦;范輝;何忠;鄭華艷;曹會博
• 申請（專利權）人: 賽鼎工程有限公司;太原理工大學
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 魏樹巍

技術領域

本發明屬于一種合成天然氣工藝，具體涉及一種對煤制合成氣進行甲烷化合成天然氣的工藝。

背景技術

目前，用煤氣化合成氣生產替代天然氣受到廣泛關注。將煤氣化合成氣中的H₂、CO、CO₂進行甲烷化反應可制取人工天然氣，反應式如下：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O+206KJ/mol????????(1)

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol??????(2)

甲烷化反應是在催化劑作用下的強放熱反應。在通常的氣體組分中，每1個百分點的CO甲烷化可產生74℃的絕熱溫升；每1個百分點的CO₂甲烷化可產生60℃的絕熱溫升。故需控制合成氣甲烷化過程中甲烷化反應器中的溫度，以防止反應器中催化劑的過熱而引起的催化劑燒結和損壞設備。如何有效控制甲烷化的反應溫度，高效回收利用強放熱反應放出的大量熱能成為研發的熱點。

現有技術大多采用多臺固定床甲烷化反應器進行絕熱反應，且在甲烷化反應過程中通常使用多個熱交換器和氣體循環機的復雜裝置來控制溫度，采用高達5倍多的循環氣將煤制合成氣中的CO由25％左右稀釋到2％～4％左右，這不僅增加了設備投資，還大幅度的增加了循環氣電耗。

如美國專利US4016189、US4205961和US4298694，采用絕熱反應器和換熱反應器，多臺串聯進行甲烷化反應，采用反應—換熱冷卻—反應交替進行的方法，大大增加了設備臺數。

中國專利CN200910085337.6在合成氣中通入CO₂作為反應的惰性氣體、通過向合成氣中添加蒸汽，用水作為冷卻劑或使用循環機中的一種或任意多種組合方式控制一段反應器的反應溫度。雖然提高了甲烷化過程中反應熱能的回收，但大大增加了循環氣電耗。

中國專利200910058611.0采用多級甲烷化反應器進行甲烷化反應，通過控制每一級甲烷化反應器的入口氣體中CO+CO₂總含量≤3.5％(體積分數)，使甲烷化后每一級甲烷化反應器的出口溫度均≤450℃。雖然，循環壓縮功率略有下降，但需多臺甲烷化反應器進行甲烷化反應，大大增加了設備投資。

發明內容

本發明的目的是提供一種能耗低，易操作，設備投資低的煤制合成氣進行甲烷化合成天然氣的工藝。

本發明為達到上述發明目的，在甲烷化反應過程中引入導熱系數大、熱容大的惰性液相組分，將甲烷化催化劑均勻的分散在惰性液體中，使床層接近等溫，從而避免常規固定床甲烷化方法中出現的催化劑燒結的現象。大大提高了煤制合成氣甲烷化過程中的轉化率，且合成氣無需循環。

本發明采用的技術方案及具體工藝是：

(1)、煤經過氣化產生煤氣，煤氣再經過變換成為甲烷化原料氣；

(2)、將甲烷化催化劑分散在惰性液體介質中，并從漿態床甲烷化反應器底部加入漿態床甲烷化反應器，然后還原性氣體從漿態床甲烷化反應器底部通入，升溫至還原溫度后，常壓對催化劑進行還原；

(3)、還原結束后，將還原氣切換為甲烷化原料氣，同時升壓至反應壓力，溫度調整為反應溫度，在漿態床甲烷化反應器中進行甲烷化反應，產生的尾氣與原料氣換熱后進入氣液分離器I，尾氣中夾帶的漿態液相組分和催化劑由氣液分離器I底部排出，尾氣中的氣相由氣液分離器I頂部排出；

(4)、甲烷化反應過程中，部分含催化劑的漿態液相組分進入氣液分離器II中，其中氣相由氣液分離器II頂部排出，并與氣液分離器I頂部排出氣相合并，進行冷卻除去水，然后經凈化得合成天然氣，含催化劑的漿態液相組分由氣液分離器II底部排出，并與氣液分離器I底部排出的漿態液相組分和催化劑合并，將上述兩氣液分離器分離出的漿態液相組分和催化劑重量之和的1～5wt％放出，而剩余漿態液相組分和催化劑經冷卻后，并與新鮮的分散在惰性液體介質甲烷化催化劑共同進入漿態床甲烷化反應器中進行甲烷化反應。

如上所述的惰性液體介質為石蠟烴，導熱油(如THERMINOLVP-1型)和氫化三聯苯(如SHHG-340)等導熱系數大、熱容大、沸點高的的惰性液相組分。

如上所述的甲烷化催化劑是以Al₂O₃或SiO₂為載體，Ni含量在5～60wt％的國內外工業化鎳系催化劑，催化劑磨碎至100～300目之間。