[發明專利]雷尼鎳做為漿態床合成甲烷催化劑的應用

有效

• 申請號: 201210382659.9
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102942971A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 李忠;范輝;張慶庚;閆少偉;崔曉曦
• 申請（專利權）人: 太原理工大學;賽鼎工程有限公司
• 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

本發明屬于雷尼鎳(Raney-Ni)的用途，尤其涉及雷尼鎳做為漿態床甲烷化催化劑的應用。

背景技術

我國具有富煤、貧油、少氣的能源現狀，故煤炭資源的綜合優化利用迫在眉急。煤制合成天然氣不僅可滿足當前日益增長的清潔能源需求，還對國內煤炭資源的合理利用與優化配置起到不可替代的作用。甲烷化是煤制天然氣的核心技術，該反應是指CO或CO₂在催化劑的作用下加氫合成CH₄和H₂O，反應式如下：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O+206KJ/mol??????(1)

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol????(2)

目前，世界上煤制天然氣技術主要有德國魯奇(LURGI)、英國戴維(DAVY)和丹麥托普索三種，上述技術均采用固定床甲烷化工藝，催化劑為負載型Ni基催化劑。由于甲烷化為強放熱反應，故均采用多臺固定床甲烷化反應器串聯，且使用多臺換熱器和氣體循環機等復雜裝置來控制溫度，同時采用高達5倍多的循環氣將煤制合成氣中的CO有25％稀釋至2％～4％。不僅增大了設備投資，還大幅度增大了循環氣電耗。

針對甲烷化反應的強放熱性和現有固定床甲烷化工藝的缺點，賽鼎工程有限公司和太原理工大學共同開發出一種漿態床甲烷化工藝(CN101979476A和CN101979475A)。漿態床甲烷化工藝是指在甲烷化反應的過程中引入導熱系數大、熱熔大的惰性液相組分，將甲烷化催化劑均勻的分散在惰性液體中，實現了床層的等溫，從而避免了常規固定床甲烷化方法中出現的飛溫問題，由于漿態床優良的傳熱性能使得漿態床甲烷化原料氣的適應性更強，原料氣中CO的濃度可在2％～30％大濃度范圍內調節，而無需稀釋原料氣中CO/CO₂濃度，且該工藝單程CO轉化率達90％以上，大大減少設備投資和循環能耗，為煤制天然氣提供了一種新的思路。

上述兩專利中公開的漿態床甲烷化工藝所用的催化劑均為工業固定床催化劑。但漿態床甲烷化工藝和固定床工藝對催化劑的要求不同，故將工業固定床催化劑用于漿態床甲烷化反應中具有許多缺點，具體體現在：(1)漿態床要求催化劑的粒度更小更均勻，但固定床甲烷化催化劑粒度較大，故需對工業催化劑進行破碎，進而會導致催化劑的孔道結構被破壞；(2)工業固定床甲烷化催化劑均為負載型鎳基催化劑，在反應之前必須通過H₂進行還原，還原溫度高達400～600℃，但漿態床甲烷化工藝中的惰性組分沸點較低，且高溫易分解；(3)由于受惰性組分沸點的限制，漿態床甲烷化工藝要求催化劑具有更高的低溫活性，但固定床甲烷化催化的反應溫度均較高；(4)漿態床甲烷化反應器需外部設備攪拌或通過原料氣湍流混合，增大了催化劑的磨損，故對催化劑的機械強度要求更高。

發明內容

本發明的目的是克服固定床催化劑在漿態床甲烷化工藝中的缺點，提供一種雷尼鎳做為漿態床合成甲烷催化劑在通過漿態床甲烷化合成天然氣的應用。

本發明的技術方案如下：

(1)煤經過氣化產生煤氣，然后經凈化和變換得甲烷化原料氣。

(2)將雷尼鎳(Raney-Ni)催化劑分散在惰性液相介質中形成一定濃度，并加入至漿態床反應器，然后由漿態床底部通入甲烷化原料氣，升溫至反應溫度，同時升壓至反應壓力后進行甲烷化反應，產品氣與原料氣換熱后進入氣液分離器I，產品氣中液相組分和催化劑組成的漿態液相組分I由氣液分離器I底部排出，氣相I由氣液分離器頂部排出；

(3)甲烷化反應過程中，部分含催化劑的惰性液相介質從漿態床反應器中部排出，進入到氣液分離器II中，其中氣相II由氣液分離器II頂部排出，并與由氣液分離器I頂部排出的氣相I合并，之后通過冷卻和分離后得天然氣產品；而含甲烷化催化劑的惰性液相介質由氣液分離器II底部排出，并與由氣液分離器I底部排出漿態液相組分I合并，然后經過濾將300目以下的大顆粒催化劑濾出，而300目以上的細催化劑經與惰性液相介質分離后排出，將分離出的惰性液相介質與大顆粒催化劑混合，經與原料氣換熱后進行冷卻，并與新鮮的分散在惰性液相介質中的甲烷化催化劑共同進入漿態床反應器中進行甲烷化反應。