[發明專利]一種新的制取合成天然氣的甲烷化反應工藝

有效

• 申請號: 201310701245.2
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103695058A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 候建國;馬磊;高振;張新波;張瑜;鄭珩;王成碩;楊寬輝;曾偉平;何洋;劉玉成
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海石油氣電集團有限責任公司;西南化工研究設計院有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 吳彥峰

技術領域

本發明屬于化工技術領域，涉及在以煤或生物質為原料制取合成天然氣的化工技術領域利用等溫反應器進行工藝操作，具體為以原煤加壓制成煤氣（以下稱煤造氣），經過凈化后作為原料的一種新的制取合成天然氣的甲烷化反應工藝。

背景技術

近年來，天然氣作為清潔能源備受關注。目前全球天然氣消費量已高達每年2.32?萬億Nm3，占世界一次能源需求總量的24.3%。當前中國經濟持續快速的發展勢頭仍在繼續，但是為保障經濟的能源動力卻極度緊缺。在國際石油價格節節升高的情勢之下，中國的能源危機顯得更加嚴重。中國的能源結構以煤炭為主，石油、天然氣只占到很小的比例，遠遠低于世界平均水平。預計到2015年，我國天然氣產量有望達到1850億立方米，需求量達2600億立方米，供需缺口達750億立方米。隨著國家能源需求的不斷增長，引進天然氣將對優化中國的能源結構，有效解決能源供應安全、生態環境保護的雙重問題。根據國內貧油、少氣、多煤的現狀，利用煤造氣生產天然氣，具有重大的經濟和社會價值。對可持續發展具有作用。

煤造氣成分較為復雜,其中含CH₄，CO，CO₂等組分，CnHm體積分數更是接近4%,且氫含量高(體積分數54%一59%,下同),通過甲烷化反應,即:

CO+3H₂=CH₄+H₂0+ΔH

及CO₂+4H₂=CH4+2H₂O+ΔH

一氧化碳變換反應：

CO+H₂O=CO₂+H₂+ΔH

由于甲烷化反應為強放熱反應，高溫下反應速率加快，低溫有利于甲烷化反應平衡向右移動。不僅如此，由于甲烷化反應放熱速率極快，一次通過的絕熱溫升可達400-600℃，非常容易造成催化劑失活。所以，控制反應溫度對于甲烷化反應就具有非常重要的意義。目前甲烷化工藝最常用的方法為氣體循環法，即循環氣體稀釋合成氣，反應熱被大量工藝氣作為顯熱吸收，并降低反應器入口CO+CO₂濃度。

目前甲烷化工藝存在以下問題：

1、?????甲烷化反應器數量較多，換熱設備多

2、?????反應溫升大，容易超出甲烷化催化劑耐受溫度造成催化劑失活

3、?????反應溫度偏離甲烷化反應平衡溫度多，反應轉化率較低

通過等溫甲烷化工藝，可一定程度上可以減少反應器數量，較目前成熟利用絕熱反應器進行煤制氣甲烷化工藝需5臺或更多反應器，本發明最低只需要三臺甲烷化反應器。為避免甲烷化反應放熱速率過快，采用全等溫甲烷化反應器的工藝制冷水泵要求高、功耗大的問題，本發明借鑒已有循環氣絕熱甲烷化工藝，絕熱反應工段通過調節循環氣量，通入蒸汽等方式控制反應溫度不超過催化劑耐受溫度。絕熱反應器出口氣利用等溫甲烷化反應器，最大程度接近甲烷化反應平衡溫度，以提高甲烷化反應轉化率。出口氣體通過變壓吸附氣體等分離技術可得符合“天然氣”國家標準GB178201999及“車用壓縮天然氣”的國家標準GB180472000中規定的合成天然氣或壓縮天然氣。此工藝特點之一就在于，將絕熱甲烷化深度反應的若干反應器用一臺等溫反應器替代，較絕熱甲烷化工藝可以減少設備數量，簡化換熱網絡，提高反應生成熱的利用率。較全等溫甲烷化工藝，能節省冷卻用水量并解決制冷水泵要求高、功率大、能耗高的問題。??

發明內容

本發明的目的在于提供一種制取合成天然氣的甲烷化反應工藝，其通過絕熱反應器與等溫反應器組合，再結合循環氣工藝；通過分流、冷激和其他手段對氣體循環系統進行改進，流程較常規絕熱反應器組合更加簡單、流程中工藝氣體阻力降低、設備投資低、副產蒸汽量大。較常規等溫反應流程，耗用冷卻水量少，制冷水泵功率極大降低。

本發明要解決的第二個技術問題為解決甲烷化反應放熱量大，CO+CO₂組分含量過高會造成反應器溫升過高且無法迅速移除。本發明采用多級甲烷化反應，先利用多個絕熱反應器進行甲烷化反應以降低CO+CO₂組分含量，再通過等溫反應器使反應器熱點溫度維持在甲烷化反應平衡溫度，利于甲烷化進程。

本發明解決其技術問題，所采用的技術方案是：