[發明專利]一種煤制備天然氣合成氣的方法與裝置

有效

• 申請號: 201310069770.7
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN104031703A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 周理;項友謙;高文學;羅勤;王啟;劉文博
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司;國家燃氣用具質量監督檢驗中心
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術領域：

本發明涉及一種煤制備天然氣合成氣的方法與裝置。

背景技術：

天然氣是環境友好型能源，當前我國天然氣正處在高速發展時期，天然氣消費量將大為增加，預計“十二五”未城鎮天然氣供應規模約1200億立方米。煤是我國最主要的一次能源，約占總能源的三分之二，因煤是固體燃料，其中的雜質多，直接燃燒利用的污染嚴重。我國煤炭資源相對豐富，為了清潔、高效利用煤炭資源和保障天然氣的供應，以煤為一次能源聯合生產天然氣和冷熱能是煤利用的重要途徑，對于煤的高效清潔利用和城鎮天然氣的保障供應均具有重要意義。

煤制天然氣合成氣是在煤用氧氣進行氣化的基礎上，進行凈化、一氧化碳變換，生成一氧化碳和氫氣為一定比例的合成氣，然后再鎳系微球催化劑流化床反應器中進行甲烷化合成代用天然氣，并利用甲烷合成過程放出的熱能產生高壓蒸汽，聯供熱能和生產空調用冷能。

煤的主要組分是碳，天然氣的主要組分是甲烷，本發明是以煤為原料，用氧氣(氧純度為96%～99%)和水蒸氣為氣化劑，生成CO和H₂為主的合成氣，采用微球鎳系甲烷化催化劑，催化劑含鎳量為10%～30%，催化劑顆粒直徑為40～70微米，在流化床反應器中進行全甲烷化而制取天然氣，過程主要反應包括：

燃燒反應：C+O₂=CO₂??????????????????????DH=-393.73kJ/mol

氣化反應：C+H₂O=CO+H₂???????????????????DH=+131.00kJ/mol

變換反應：CO+H₂O=CO₂+H₂?????????????????DH=-41.24kJ/mol

合成反應：2CO+2H₂=CH₄+CO₂???????????????DH=-246.39kJ/mol

??????????CO+3H₂=CH₄+H₂O????????????????DH=-205.15kJ/mol

煤的氣化過程為吸熱過程，需由煤的部分燃燒放熱來提供，合成甲烷過程放出約為生成甲烷化學熱的四分之一熱能。為提高甲烷的平衡濃度，合成反應溫度為280～320℃，采用床層內部設有盤管換熱器的流化床反應器，以移走合成反應熱；從節能的角度出發，合成天然氣過程的放熱應充分利用，產生的蒸汽用作制冷、制熱的能源。這就是由一次能源煤出發聯產天然氣和冷熱能的基礎。

CN200810056619.9專利為基于煤氣化與甲烷化的燃氣-蒸汽聯合循環發電工藝，一氧化碳變換采用Co-Mo催化劑，甲烷化催化劑是耐硫的硫化鉬催化劑，合成的天然氣直接用于天然氣-蒸汽聯合循環發電。

“流化床甲烷化有關技術問題的探討”（煤化工，1993/03）研究解決了鎳系催化劑流化床水煤氣部分甲烷化的關鍵性技術，其目的是進行水煤氣的部分甲烷化，使煤氣中一氧化碳含量降到10%以下的人工煤氣標準的要求。

“流化床甲烷化催化劑通過小試鑒定”（煤氣與熱力，1987/06）研制了以鎳為主要活性組分的常壓流化床甲烷化催化劑。在實驗室完成800小時運轉試驗，主要目的是考察催化劑的活性、抗結炭性及耐磨性。

“甲烷化催化劑及反應機理的研究進展”（過程工程學報，2011/05）重點介紹了甲烷化催化劑中活性組分、載體、助劑的種類及催化劑制備方法、條件對催化性能的影響。分析了甲烷化催化劑失活的原因及甲烷化反應的機理，得出床層飛溫和積碳是造成催化劑失活的主要因素。提出了高比表面復合載體的研制、稀土元素的添加、新型耐硫、高熱穩定性甲烷化催化劑的開發及流化床甲烷化工藝技術的改進等甲烷化研究方向。