[發明專利]制備富甲烷氣體的方法

無效

• 申請號: 201310345655.8
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103571554A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: C.威斯
• 申請（專利權）人: 赫多特普索化工設備公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 童春媛;楊思捷

技術領域

本發明涉及從富含碳氧化物和氫的合成氣制備富甲烷氣體的方法，其中最終甲烷化在經冷卻反應器中進行，以保證低反應溫度，使得化學平衡從反應劑移向包括甲烷的產物。

背景技術

已知利用將包含碳氧化物(CO和CO₂)和氫的合成氣通過包括一個或多個各自包含催化劑固定床的甲烷化反應器的甲烷化級(methanation?stage)，可從此類合成氣制備合成天然氣(SNG)，其中合成氣通過例如含碳材料的氣化制備。

在此類甲烷化過程中，如果入口溫度足夠使反應活化，從碳氧化物和氫生成甲烷在催化劑存在下快速進行到平衡。因此，反應將根據以下反應方案之一或二者進行：

CO+3H₂?<=>?CH₄+H₂O　　(1)

CO₂+4H₂?<=>?CH₄+2?H₂O　(2)

這些反應在一氧化碳和二氧化碳之間如下偶合至平衡：

CO+H₂O?<=>?CO₂+H₂　　　(3)

生成甲烷的凈反應，無論是通過反應(1)還是(2)還是二者，均高度放熱，因此，在絕熱反應器中，在通過甲烷化催化活性材料床期間，反應劑和產物的溫度將升高。然而，這樣的升高溫度傾向于使碳氧化物/甲烷平衡移向較低甲烷濃度。因此，完全或接近完全反應將只在如下條件下是可能的：入口溫度足夠使反應活化，并且溫度升高受無論如何冷卻反應氣體的限制，例如通過將經冷卻產物氣體再循環，如在US?4,130,575中公開的。

根據現有技術，甲烷化過程已在經冷卻或等溫反應器(參見，例如GB?1?227?156)中進行，以通過使化學平衡移向甲烷來增加甲烷產率，但由于在甲烷化過程期間產生的熱的量，相關的資本成本高。

也熟知在多個反應器中通過在各反應器之間冷卻來進行該反應，以控制甲烷化反應的溫度。對于小設備，在主體(bulk)甲烷化級中額外反應器的成本可能高于由于通過例如床間熱交換冷卻的反應器的復雜化增加的成本，因此，可為這類小設備選擇床間冷卻，并且對SNG總產率只有間接牽連。

類似地，在多個反應器中進行此過程包括另外的資本成本，并且增加的SNG產率值，尤其在最終甲烷化中，可能不能驗證在接近甲烷化反應活化溫度的理論最佳值操作的多個小反應器的成本合理。

最終甲烷化的特征是只存在少量的反應劑，主要是CO₂和H₂，使得反應劑和產物之間的平衡移離反應劑。為了使平衡移向反應劑，可去除產生的水，也可降低入口溫度。

發明內容

現在，根據本發明，可在一個或多個反應器中進行主體甲烷化，反應器可以絕熱、經冷卻或等溫，可利用反應器之間的工藝流的冷卻和/或中間產物氣體的再循環，和/或加蒸汽，隨后在經冷卻反應器中最終甲烷化。

此結構的益處在總甲烷化產率中直接反映，因為最終甲烷化將在接近最佳的條件下發生，同時只產生很少熱量，使得反應器內熱交換器的負荷適中。

對于本申請，以下術語應根據以下定義理解。

經冷卻反應器應理解為其中通過與熱交換介質熱交換從催化活性材料去除熱量的反應器，熱交換介質可以為反應器進料氣體或次級介質，包括但不限于水或工藝冷凝物。除非另外指明，可將經冷卻反應器理解為其中溫度基本恒定的反應器(等溫反應器)，但也可以為去除熱量但溫度不升高的反應器，或者可以為相比產生去除更多熱量的反應器。

應將絕熱反應器理解為其中沒有發生有意熱交換到熱交換介質的反應器。然而熱量適度損失到環境的反應器仍認為是絕熱的。

應將沸水反應器理解為其中在反應器實質長度內進行與處于沸點的加壓水熱交換的反應器，它具有在反應器中得到接近等溫條件的效果。

甲烷化催化活性材料應理解為催化甲烷化反應(1)和(2)的材料，包括但不限于在載體上提供的作為催化活性組分的鎳或釕，載體包含氧化鋁，例如，選自氧化鋁、MgAl尖晶石、氧化鋁-氧化鋯和鋁酸鈣的一種或多種組分。

材料處于可傳熱接觸(in?heat?transmissionable?contact)應解釋為在熱交換器中出現的接觸，即，其中兩種流或材料熱接觸，但相互流體分離。

在濃度以%陳述時，應理解為以干基計的體積(摩爾)%。