[發(fā)明專利]基于地下煤氣化生產(chǎn)天然氣的甲烷化工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210436584.8
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN102952598A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晏雙華;盧文新;雙建永;嚴(yán)義剛;王志峰;李繁榮;夏炎華;胡四斌;徐建民;皮金林;夏吳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國五環(huán)工程有限公司
• 主分類號(hào): C10L3/08
• 分類號(hào): C10L3/08
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 涂潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種甲烷化工藝，具體的說是一種基于地下煤氣化生產(chǎn)天然氣的甲烷化工藝。

背景技術(shù)

煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。該技術(shù)與傳統(tǒng)上的氣化最大的不同在于利用地下氣化爐的氣化通道替代了傳統(tǒng)的氣化爐。從而很大程度上降低了設(shè)備的投資。與傳統(tǒng)的方法相比，煤炭地下氣化省去了龐大的煤炭開采、運(yùn)輸、洗選、氣化等工藝的設(shè)備，具有安全性好、投資少、效益高等優(yōu)點(diǎn)。

隨著我國天然氣消費(fèi)量的不斷增加，天然氣供需缺口逐年擴(kuò)大。為解決國內(nèi)天然氣的缺口問題，擴(kuò)大天氣然供給，近年來國內(nèi)開展了多個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目的建設(shè)，即以煤為原料通過甲烷化合成生產(chǎn)天然氣。煤氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣經(jīng)CO變換、酸性氣體脫除后得到凈化氣，凈化氣再經(jīng)甲烷化反應(yīng)及干燥后得到滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)天然氣。其中甲烷化技術(shù)均是采用國外技術(shù)，國外甲烷化技術(shù)的工藝商主要有：丹麥的托普索公司、英國的戴維公司及德國的魯奇公司。

國內(nèi)外甲烷化工藝的開發(fā)主要基于地面氣化制天然氣、焦?fàn)t氣制天然氣的甲烷化工藝。由于典型的焦?fàn)t氣中CH₄高達(dá)25%以上，(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)遠(yuǎn)大于3.0。焦?fàn)t氣制天然氣的甲烷化工藝反應(yīng)深度淺，溫升低，工藝較為簡單。如專利CN102021054A公開的一種焦?fàn)t氣制天然氣的甲烷化工藝。

基于地面煤氣化生產(chǎn)天然氣的甲烷化工藝則通常通過補(bǔ)入水蒸氣、CO₂或合成氣循環(huán)的方式控制反應(yīng)溫度。專利CN12329671公布了一種合成天然氣的甲烷化工藝。該工藝通過將原料氣分成三股分別與循環(huán)氣、第1級(jí)甲烷反應(yīng)合成氣、第2級(jí)甲烷反應(yīng)合成氣混合進(jìn)入第1級(jí)甲烷化反應(yīng)器、第2級(jí)甲烷化反應(yīng)器和第3級(jí)甲烷化反應(yīng)器。前三級(jí)甲烷化入口溫度控制250~300℃，出口溫度控制在650~700℃，通過5級(jí)以上的甲烷化反應(yīng)合成符合國家天然氣標(biāo)準(zhǔn)的合成天然氣。該方案原料氣分三股進(jìn)料，工藝控制復(fù)雜，設(shè)置了三級(jí)高溫甲烷化反應(yīng)器，操作溫度高達(dá)650℃，需要對設(shè)備進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，造成設(shè)備制造成本的提高。

專利CN101560134A公布的甲烷化工藝通過補(bǔ)入CO₂或水蒸氣的方式控制甲烷化反應(yīng)溫度，這兩種方法可以省去循環(huán)氣壓縮機(jī)。但是明顯降低了系統(tǒng)的能效。補(bǔ)入的水蒸氣在反應(yīng)過程中通過循環(huán)水被冷卻分離出來，增加了循環(huán)水的用量，給系統(tǒng)帶來了冷熱病的問題，降低了系統(tǒng)能效。補(bǔ)入的CO₂在甲烷化反應(yīng)結(jié)束之后還需要另外設(shè)置脫碳系統(tǒng)以滿足天然氣中CO₂及熱值的要求，增加了后續(xù)系統(tǒng)的投資。

另外，由于煤炭地下氣化技術(shù)生產(chǎn)的粗煤氣具有與普通粗煤氣不同的特點(diǎn)，如甲烷濃度通常在2.0~5.0％體積百分?jǐn)?shù)，這個(gè)數(shù)值低于焦?fàn)t氣及Lugri氣化生產(chǎn)的粗煤氣中甲烷的濃度，但是高于干粉煤氣化的粗煤氣中甲烷的濃度。而甲烷的含量對甲烷化工藝技術(shù)具有很大的影響，因此不適用現(xiàn)有的常規(guī)甲烷化工藝，或造成反應(yīng)深度過深，導(dǎo)致操作溫度過高，增加設(shè)備投資；或反應(yīng)深度過淺，導(dǎo)致生產(chǎn)的天然氣不合格，即不符合滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（GB17820-2012）。又如地下煤氣化出口粗煤氣壓力較低，通常低于0.15MPaA（Ａ表示絕壓），這個(gè)壓力遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的甲烷化工藝的粗煤氣壓力，這種低壓下如何保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行的情況下，盡可能的降低能耗也是技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

目前，對于基于煤炭地下氣化技術(shù)生產(chǎn)天然氣的甲烷化工藝尚未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種工藝簡單、循環(huán)氣量小，熱回收率高，甲烷化操作溫度范圍寬、能耗低、對環(huán)境友好的基于地下煤氣化生產(chǎn)天然氣的甲烷化工藝，生產(chǎn)出的天然氣滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（GB17820-2012）的要求。

技術(shù)方案為:?將原料氣預(yù)熱后分為2股，第1股原料氣與來自第3級(jí)反應(yīng)器的部分合成氣一起進(jìn)入第1級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，第2股原料氣與出第1級(jí)反應(yīng)器的合成氣一起進(jìn)入第2級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)；出第2級(jí)反應(yīng)器經(jīng)降溫之后的合成氣進(jìn)入第3級(jí)反應(yīng)器進(jìn)一步甲烷化反應(yīng)；出第3級(jí)反應(yīng)器的合成氣部分降溫后循環(huán)至第1級(jí)反應(yīng)器，其余部分合成氣經(jīng)降溫后進(jìn)入第4級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行進(jìn)一步甲烷化反應(yīng)，出第4級(jí)反應(yīng)器的氣體經(jīng)冷卻降溫分離冷凝液之后得到合成天然氣。