[發明專利]一種合成氣合成甲烷的工藝

有效

• 申請號: 201210182264.4
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102690157A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 韓怡卓;譚猗生;解紅娟;馬勝利;潘俊軒
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C07C9/04
• 分類號: C07C9/04;C07C1/04;C07C1/12;C07C1/20
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發明屬于一種合成甲烷的工藝，具體地說涉及一種由合成氣經漿態床反應器與固定床反應器串聯后合成高純度甲烷的工藝。

背景技術

甲烷，俗稱天然氣，是一種優質、清潔能源。2000年，我國天然氣產量為277.3億立方米，2007年達到693億立方米，年均增長率為14.0%。預計2020年中國天然氣需求量為2000億立方米，而同期的天然氣產量只能達到1400億-1600億立方米【劉志光，龔華俊，余黎明，我國煤制天然氣發展的探討，煤化工，37（1）：1-8，2009】。我國天然氣資源短缺使得供求矛盾日漸突出。除了利用外來資源緩解供需矛盾外，開辟適合我國資源特色的天然氣生產路線已成為必然。

我國是富煤貧氣國家，在未來相當長的時間里，以煤炭為主要能源的格局不會改變。目前煤炭的利用效率低下，不僅造成嚴重的環境污染，還浪費了有限的碳資源。發展煤基天然氣合成的綠色路線，對提高有限資源的利用率、控制環境污染、解決我國天然氣供求矛盾具有重要的意義。

與煤相比，天然氣具有熱值大、燃燒完全、無煙無渣等優點。煤制天然氣工藝在煤轉化利用方式上熱能利用率高，可達53%。在交通運輸不便地區，利用我國相對豐富的煤炭資源制備高純度甲烷，并借助輸氣管道輸送，將大大減少運輸成本及緩解運能不足的限制，為城鎮居民和工業提供高效、清潔燃料。

最早的甲烷化技術是在20世紀60年代末期和70年代初期開發成功的。典型的甲烷化技術有德國LURGI、英國DAVY和丹麥TOPSOE的甲烷化技術。

德國LURGI技術已經成功實現了工業化生產，目前仍在運行的美國大平原煤制天然氣項目使用該技術，生產規模為日產天然氣389萬m³。

英國DAVY的甲烷化技術采用中壓合成甲烷技術。采用4個串聯的固定床反應器，前兩個反應器完成主要甲烷化，后兩個進行補充甲烷化，壓力3～6?MPa，溫度250～700℃。此過程特點是催化劑具有變換功能、反應無需調整氫碳比、合成氣轉化率高【趙鋼煒，肖云漢，王?鈺，煤制天然氣工藝技術和催化劑影響因素的分析探討，陶瓷，11：21～25，2009】。

丹麥TOPSOE公司開發的TREMP甲烷化工藝，采用三個串聯的幾乎同等功能的固定床甲烷化反應器，壓力為3～6?MPa，溫度為250～700℃。反應器溫度用循環氣壓縮機來控制。第一個反應器出來的氣體經過兩級冷卻器冷卻后，進入第二、第三級反應器繼續反應。

國內對甲烷化的技術也有所涉獵。化肥行業有大量的甲烷化裝置。比如在合成氨生產中，甲烷化廣泛用于脫除H₂中的少量CO，但國內目前還沒有掌握大型合成氣甲烷化工藝成套技術，主要技術需要從國外購買。

國內在甲烷化方面的研究主要集中在催化劑的研制方面。如：馬勝利等【馬勝利，譚猗生?，張清德，韓怡卓，α-Ni/Al₂O₃催化劑催化一氧化碳甲烷化反應的研究，天然氣化工，?34（6）：1-3，2009】采用研混還原法制備催化劑，在n(CO)：n(H₂)=l：3、常壓、593K及空速2500h^-1的反應條件下，甲烷的選擇性達90％以上，一氧化碳的轉化率接近100％。李春啟等【李春啟;劉永健;邱波;左玉幫;忻仕河,一種用于甲烷化制天然氣的催化劑及其制備方法,??中國專利?201010101298.7】?公開了一種用于煤制氣高溫高壓甲烷化制天然氣的催化劑，該催化劑由Ni、稀土元素、Sr、V、Ca、Cr以及Al₂O₃組成，該催化劑具有良好的高溫活性與穩定性。許世森等【許世森;陳亮;徐越;王保民，?一種煤制合成氣完全甲烷化的催化劑及其制備方法，?中國專利201110067948.5】公開了一種煤制合成氣完全甲烷化的催化劑及其制備方法，它以NiO為活性組分、第一助劑稀土金屬氧化物La₂O₃、CeO₂、Sm₂O₃中的一種或者兩種、第二助劑堿性氧化物CaO、BaO、SrO中的一種以及以Al₂O₃和MgO混合而成的鎂鋁尖晶石載體組成催化劑，所得催化劑具有催化活性高、機械強度高、熱穩定性好、抗積碳能力強并對原料氣中的毒物有較強的抵抗能力，且具有良好的低溫活性和成本低廉的優點。