[發明專利]一種漿態床甲烷化合成天然氣的工藝及裝置

有效

• 申請號: 201210382675.8
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102952596A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 張慶庚;崔曉曦;范輝;閆少偉;孟凡會;李忠
• 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

本發明屬于一種甲烷化工藝及其裝置，尤其涉及一種固定床還原和漿態床甲烷化反應的整體工藝及裝置。

背景技術

煤制合成天然氣是符合我國能源可持續發展的煤清潔高效轉化技術，其包括煤的氣化，凈化和甲烷化三個步驟。其中甲烷化是煤制天然氣的核心技術，具體是指合成氣中的CO與H₂在一定的溫度、壓力及其催化劑的作用下合成甲烷的過程，其反應式如下：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O+206KJ/mol??????(1)

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol????(2)

甲烷化反應屬于強放熱反應，每轉化1個百分點的CO和CO₂可產生的絕熱溫升分別為72℃和60℃。因此，為控制甲烷化的反應溫度，且回收利用反應放出的大量熱能。工業上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裝置來控制反應溫度，采用高達5倍多的循環氣將煤制合成氣中的CO由25％左右稀釋至2％～4％左右，這不僅增大了設備投資，還大幅度增加了循環氣電耗。為克服工業固定床工藝中的缺點，許多研究大為對甲烷化工藝及其設備進行改進。

如專利CN101665395A公開了一種合成氣制甲烷的流化床工藝和裝置，該工藝具有換熱能力強、床層溫度均勻、催化劑可在線更換、甲烷產率高的優點，但該工藝存在催化劑的的夾帶和損耗嚴重，流化床反應器造價高等缺點，從而制約了流化床甲烷化的工業應用。

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)，該工藝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，反應氣濃度可在2％～30％大濃度范圍內調節，且該工藝具有單程轉化率高等優點。

漿態床甲烷化工藝與固定床工藝相比優勢明顯，具有較大的工業前景。但由于負載型鎳基催化劑在參加反應之前需H₂還原活化，且還原溫度高達400～600℃，而漿態床工藝中的液體分散劑沸點較低(≤500℃)，導致負載型鎳基催化劑還原不充分，進而影響后續甲烷化過程中的催化活性。為解決上述問題，常規方法通常是首先將催化劑先在固定床中還原，然后將其放入漿態床反應器中，但該方法或導致催化劑接觸空氣，而引起催化劑氧化失活，甚至發生自燃，不但影響活化后催化劑性能，而且會導致由于自燃而引起的威脅生產的危險。

發明內容

本發明的目的是提供一種催化劑還原和甲烷化反應一體化的工藝及其裝置，所述的工藝可以克服漿態床甲烷化工藝中催化劑還原不充分和固定床還原后催化劑遇空氣氧化的問題。

本發明為達到上述發明目的，在漿態床甲烷化裝置中增加固定床催化劑還原裝置，使甲烷化催化劑在該整體裝置中還原，并在不接觸空氣的條件下將催化劑導入至漿態床反應器中，不但避免了漿態床甲烷化工藝中催化劑還原不充分的問題，而且克服了固定床還原催化劑后遇空氣氧化問題。

本發明采用的技術方案是：

(1)將負載型NiO前軀體裝入固定床還原器中，檢查氣密性后升至還原溫度，在N₂與H₂的還原氣氛中還原1～10h，在N₂氛圍下降至常溫，然后將催化劑通過螺旋輸送機導入新鮮催化劑儲槽中；

(2)將液相分散劑儲槽中的分散劑加入至新鮮催化劑儲槽中，并在攪拌的條件下與還原后的負載型Ni催化劑混合均勻，經循環泵將新鮮催化劑儲槽中的催化劑懸濁液由漿態床甲烷化反應器底部導入其中；

(3)從漿態床甲烷化反應器頂部通入甲烷化原料氣，并在反應溫度和反應壓力下進行甲烷化反應，產品氣經與甲烷化原料氣換熱后進入氣液分離器I，分離后的含催化劑的漿態液相組分I由氣液分離器I底部排除，氣相I由氣液分離器I頂部排出；