[發明專利]一種高溫循環的甲烷合成工藝

無效

• 申請號: 201310362370.5
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104419484A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 魏士新;蔡進;張杰;蔡成偉;吳學其;孟建;檀結東;陳長新;朱艷芳;吳琳
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;南化集團研究院
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明屬于新能源領域，涉及一種高溫循環的甲烷合成工藝。

技術背景

天然氣作為一種安全、高效的清潔能源，其需求增長非常迅速，而我國天然氣供應量明顯不足。除了立足國內天然氣資源并積極利用世界其他國家的天然氣資源外，還需尋求其他替代途徑。

煤通過氣化、變換、凈化得到合成氣，然后通過甲烷合成反應可以制取代用天然氣（SNG）。利用相對豐富的煤碳資源制取代用天然氣是緩解我國天然氣供需矛盾的重要途徑。

煤基合成氣制SNG過程中發生的反應主要包括：??

?????CO+3H_2?＝CH₄+H₂O+206KJ/mol?????????(1)??

?????CO₂+4H_2?＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol???????(2)

?????CO+H₂O?＝?H₂+?CO₂+41KJ/mol????????(3)

其中，甲烷合成反應⑴和⑵是主反應，都是強放熱反應。煤基合成氣中CO+CO₂含量通常為23~25%，直接通過高活性的甲烷合成催化劑，反應溫度會迅速升至900℃以上，超過甲烷合成催化劑允許的最高溫度，造成催化劑失活。因此，如何控制反應溫升是甲烷合成反應過程中的關鍵技術之一。

為了控制反應溫度，可以采用列管式反應器，通過殼程的介質移走反應熱，如，專利201010128165.9公開了一種由煤制取合成天然氣的方法及其工藝裝置，采用水冷式列管反應器，利用殼程中水的汽化來迅速移走反應熱，將反應溫度控制在450℃以下。

為了控制反應溫度，更常用的是采用低CO+CO₂含量的氣體來稀釋絕熱甲烷合成反應器的入口氣體。如，專利200910135203.0公開了一種制備代用天然氣的方法和設備，包含四個高溫甲烷合成反應器，新鮮合成氣平行通入四個甲烷合成反應器，其中，第一甲烷合成反應器的入口氣體用其部分出口氣體循環回來稀釋，第二甲烷合成反應器的入口氣體用第二甲烷合成反應器的部分出口氣體稀釋，第三甲烷合成反應器的入口氣體用第二甲烷合成反應器的出口氣體稀釋，第四甲烷合成反應器的入口氣體用第三甲烷合成反應器的出口氣體稀釋。該工藝的循環氣體進入循環壓縮機前先經過換熱降溫分離除去液態的水，然后再換熱升溫后進入第一甲烷合成反應器，為了保護第一甲烷合成反應器中的催化劑，還需要在反應器入口補加一定量的水蒸汽。其缺點是需增加至少一臺換熱器，增加了設備投資，而且循環氣體先冷卻分水，然后升溫補水蒸汽，存在化工生產中要盡量避免的“冷熱病”，因而運行費用較高。?

發明內容

針對上述問題，本發明采用耐高溫的循環壓縮機，可在循環氣體的露點以上的溫度下操作，循環氣體可以不需要冷凝分離水，直接進入循環壓縮機進行壓縮，壓縮后的氣體溫度達到了甲烷合成反應器的活性溫度，不需要再換熱升溫就可直接進入第一甲烷合成反應器；而且由于該工藝未分離循環氣體中的水，因此可有效防止甲烷合成催化劑積碳。

本發明的目的在于提供一種投資省的高溫循環甲烷合成工藝，氣體換熱至催化劑露點以上就可以直接進入循環壓縮機，可以大大減小換熱器的換熱面積，甚至省去一臺換熱器，還可減少一臺分液罐，減少了設備投資。

本發明的目的在于提供一種運行費用低的高溫循環甲烷合成工藝，循環氣體不需要經過先冷卻分離水，再升溫并補充水蒸汽的過程，避免了化工操作中的“冷熱病”，降低了運行費用。

本發明的主要技術方案：高溫循環的甲烷合成工藝，采用串聯的多個絕熱甲烷合成反應器來合成甲烷，包含至少一個高溫甲烷合成反應器和至少兩個低溫甲烷合成反應器，其中第一個高溫甲烷合成反應器帶氣體循環，其特征是循環氣在其露點溫度以上經循環壓縮機增壓后返回第一甲烷合成反應器入口。

所述工藝中采用耐高溫的壓縮機進行循環氣的壓縮，壓縮機可耐受180℃~300℃的溫度。

采用的耐高溫的壓縮機可以是迷宮式氣體壓縮機，也可以是離心式氣體壓縮機。

所述循環氣體進入循環壓縮機之前溫度高于其露點溫度，不需要分離循環氣體中的水。

所述循環氣體進入壓縮機前的溫度達230℃~300℃，經過壓縮后溫度達250℃~320℃，不經換熱升溫直接進入第一甲烷合成反應器。