[發明專利]使用低H2/CO比的合成氣生產合成天然氣的設備和方法

在審

• 申請號: 201310726935.3
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103897758A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 白俊鉉;劉永敦;姜錫煥;高東準;金晉號;金秀賢;柳在洪
• 申請（專利權）人: 浦項產業科學研究院;高等技術研究院研究組合
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹

相關申請交叉參考

本申請要求2012年12月26日向韓國專利局提交的韓國專利申請第10-2012-0153905號的優先權，其全文通過引用結合入本文。

背景

本發明涉及使用低H₂/CO濃度比的合成氣生產合成天然氣(SNG)的設備和方法。

由于在整個世界范圍內，煤相對于其他燃料源是豐富的，因此，全球已經進行了大量研究以將煤轉化成SNG，一種較干凈的燃料。

可以通過氣化過程、集塵過程、凈化過程或者CO₂去除過程，從諸如煤或者含有大量碳的生物質來得到主要含有一氧化碳和氫氣的合成氣。然后，可以通過對此類合成氣進行甲烷合成過程，來得到SNG。

從煤生產SNG的方法包括直接法和間接法，在直接法中，通過將氫氣或高溫蒸汽與煤反應直接轉化成甲烷，而在間接法中，通過煤與氧氣之間的反應生產合成氣，并通過甲烷合成過程轉化成SNG。

圖1所示是相關技術中一種典型的間接法的示意圖。可以通過如下過程從煤1（原材料）生產SNG12：通過諸如氣化過程4、集塵過程6、水煤氣轉化過程7、酸性氣體（含硫化合物）和二氧化碳去除過程和甲烷合成過程的過程對煤1進行加工，在所述水煤氣轉化過程7中，控制氫氣和一氧化碳的濃度比。

[背景技術文件]

（專利文件1）韓國專利申請公開第10-2004-0015790號

（專利文件2）美國專利公開第2009/0173081號

（專利文件3）美國專利公開第2009/0264542號

參見圖1，在氣化過程4中，將煤1與氧氣2一起供給，煤中所含的有機物質被轉化成合成氣，同時持續地去除無機物質例如灰塵和渣3。在通過集熱過程5和集塵過程6加工合成氣之后，在水煤氣轉化過程7中將合成氣中H₂:CO的濃度比調節為3:1，并且在酸性氣體和二氧化碳去除過程8中從合成氣去除含硫化合物和二氧化碳10。在甲烷合成過程9中，將氫氣和一氧化碳的濃度大于或等于99%的合成氣轉化成甲烷，并通過干燥和壓縮過程11對甲烷進行加工以得到SNG12。

在相關技術的大多數SNG過程中，通過水煤氣轉化過程將H₂/CO的濃度比調節為大于或等于3.0，并通過酸性氣體處理過程將大部分的CO₂與含硫化合物一起去除。之后，將合成氣供給到各個甲烷合成反應器，以控制甲烷合成反應器的反應溫度，或者對從第一或第二甲烷合成反應器排出的一定量的氣體進行壓縮和再循環，以控制第一或第二甲烷合成反應器的反應溫度。以這種方式，抑制了催化劑的失活。

但是，如果未對H₂/CO的濃度比進行控制或者反應器的溫度被維持在大于或等于約650℃-700℃的溫度，則在加工壓力通常為20atm的SNG過程中，含鎳催化劑會失活，從而可能無法產生高濃度的SNG。

此外，由于在許多工藝中使用的用于再循環的壓縮機的成本占到了SNG合成工藝的設備總成本的數十百分比，需要一種不采用壓縮機的改進的SNG合成方法。

概述

本發明的一些方面提供了用于生產合成天然氣(SNG)的設備和方法，其通過將具有低H₂/CO濃度比的合成氣與蒸汽一起供給到反應器，以控制反應器的內部溫度，并由于在反應器中同時發生水煤氣轉化反應和甲烷合成反應而無需再循環過程來增加SNG的濃度。

根據本發明的一個方面，用于生產SNG的設備包括：含有甲烷合成催化劑的第一SNG合成裝置和第二SNG合成裝置，所述第一SNG合成裝置配置成接收蒸汽和含H₂、CO與CO₂的合成氣，并排出通過甲烷合成反應生產的含甲烷氣體；所述第二SNG合成裝置配置成接收含甲烷氣體，并排出通過甲烷合成反應產生的SNG，其中，合成氣的H₂/CO濃度比為0.6-0.95。

第一SNG合成裝置可包括2-4個反應器。

可以將蒸汽供給到第一SNG合成裝置的各個反應器。

所述設備還可包括熱交換器，其配置成與從第一SNG合成裝置排出的含甲烷氣體進行熱交換，從而產生蒸汽。