[發(fā)明專利]一種煤氣化合成氣制天然氣工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210029443.4
• 申請(qǐng)日: 2012-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN103242920A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樹東;王勝;李德伏;林樂(lè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): C10L3/08
• 分類號(hào): C10L3/08
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制天然氣領(lǐng)域，具體涉及一種煤氣化合成氣制天然氣工藝。

背景技術(shù)

“富煤、少油、貧氣”的能源結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致我國(guó)油氣資源長(zhǎng)期存在供求矛盾。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及民生與環(huán)保壓力，又加劇了我國(guó)對(duì)天然氣這一清潔能源的需求。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)天然氣需求缺口達(dá)1500億立方米，對(duì)外依存度將達(dá)到50％；再加上國(guó)際能源價(jià)格急劇動(dòng)蕩，對(duì)我國(guó)能源安全帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，開發(fā)煤制天然氣技術(shù)，將豐富的煤炭資源轉(zhuǎn)化為天然氣，對(duì)于緩解我國(guó)天然氣供求矛盾、保障國(guó)家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

煤制天然氣(Substitute?Natural?Gas，SNG)相比其他煤化工技術(shù)路線，具有能量轉(zhuǎn)化效率高，水耗少，投資低等優(yōu)勢(shì)，是煤炭轉(zhuǎn)化的優(yōu)選途徑之一，同時(shí)為構(gòu)建“煤炭開采→煤炭轉(zhuǎn)化→產(chǎn)品運(yùn)輸→產(chǎn)品利用”的新型煤炭利用模式和產(chǎn)業(yè)鏈，提供了新的選擇，也必將為我國(guó)的煤炭清潔利用注入新的活力。

目前，我國(guó)在規(guī)劃的煤制天然氣項(xiàng)目，天然氣年產(chǎn)量達(dá)700億立方米，建設(shè)投資在3000億左右。煤制天然氣技術(shù)的開發(fā)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和潛在的市場(chǎng)前景。

煤制天然氣過(guò)程涉及到空分、煤氣化、凈化、變換、甲烷化等過(guò)程，其中空分、氣化、凈化、變換等主要工藝單元國(guó)內(nèi)外都具有成熟的技術(shù)；而合成氣完全甲烷化制SNG技術(shù)僅英國(guó)Davy公司具有工業(yè)化裝置運(yùn)行，催化劑和工藝還有待進(jìn)一步優(yōu)化。為此，合成氣完全甲烷化技術(shù)目前是煤制天然氣技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

合成氣完全甲烷化過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)放熱、快反應(yīng)過(guò)程，在以生產(chǎn)SNG為目的的合成氣完全甲烷化工藝中，研究的焦點(diǎn)是如何控制反應(yīng)床層溫度和提高甲烷化催化劑的耐溫性能。

就甲烷化反應(yīng)工藝而言目前主要包括兩種：內(nèi)換熱固定床擬等溫床反應(yīng)器合成氣完全甲烷化工藝(CN101480592A、CN101580748A、CN101550053A、CN102010284A、CN102234213A、CN101880559A)和多段循環(huán)固定床絕熱甲烷化工藝(CN101812339A、CN101885994A、CN101560423A、US4016189、US4205961、US4298694、WO2007/117597、CN101880558A、US4133825)。這些工藝針對(duì)的合成氣是經(jīng)過(guò)凈化、變換工藝，H₂/(3CO+4CO₂)比為1.0左右的合成氣，圍繞如何優(yōu)化甲烷化工序，降低甲烷化過(guò)程的功耗和操作彈性而提出的。沒(méi)有從煤制天然氣全流程進(jìn)行分析，鑒于此，通過(guò)對(duì)煤制天然氣全系統(tǒng)的分析和優(yōu)化，提出全新的煤制天然氣工藝，顯著降低了系統(tǒng)的功耗，提高了煤制天然氣過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型的煤氣化合成氣制天然氣工藝，通過(guò)對(duì)煤氣化合成氣制天然氣整套工藝過(guò)程的分析，提出先進(jìn)行甲烷化，再進(jìn)行脫碳的煤氣化合成氣制天然氣工藝。

本發(fā)明提供了一種煤氣化合成氣制天然氣工藝，該工藝步驟為：將煤氣化制得的粗煤氣進(jìn)行凈化處理，然后通過(guò)水汽變換調(diào)整合成氣中H₂/3CO在0.8～2.0范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)水汽變換調(diào)整H₂/3CO的合成氣，進(jìn)入合成氣甲烷化單元，通過(guò)多段循環(huán)固定床絕熱甲烷化工藝或內(nèi)換熱等溫床甲烷化工藝，原料氣中的氫氣和CO、部分CO₂發(fā)生甲烷化反應(yīng)生成產(chǎn)品氣CH₄和H₂O，經(jīng)過(guò)甲烷化后的產(chǎn)品氣，進(jìn)入CO₂捕獲單元，制得甲烷濃度在95％以上，滿足管輸天然氣標(biāo)準(zhǔn)的合成天然氣。

本發(fā)明提供的煤氣化合成氣制天然氣工藝，所述凈化處理過(guò)程是通過(guò)物理或化學(xué)方法全部或部分脫除合成氣中的含硫物質(zhì)、NH₃、顆粒、焦油雜質(zhì)。

本發(fā)明提供的煤氣化合成氣制天然氣工藝，所述的水汽變換可以通過(guò)如下方式之一完成：

先脫硫再進(jìn)行低溫變換工藝、先脫硫再進(jìn)行中高溫變換工藝、耐硫變換工藝、在甲烷化過(guò)程發(fā)生水汽變換反應(yīng)。

本發(fā)明提供的煤氣化合成氣制天然氣工藝，所述的低溫變換工藝中的變換催化劑為Cu-Zn系變換催化劑。

本發(fā)明提供的煤氣化合成氣制天然氣工藝，所述的中高溫變換工藝中的變換催化劑為Fe-Cr系變換催化劑。

本發(fā)明提供的煤氣化合成氣制天然氣工藝，所述的耐硫變換工藝中的變換催化劑為Co-Mo系變換催化劑。