[發(fā)明專利]一種制備代用天然氣的方法及設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510409530.6
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN105018166A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾曼諾·菲利普;弗朗西斯科·巴拉托
• 申請（專利權(quán)）人: 卡薩爾甲醇公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 張晶;王瑩

本申請是申請日為2009年4月16日，申請?zhí)枮?00910135203.0，發(fā)明名稱為“一種制備代用天然氣的方法及設(shè)備”的專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及代用天然氣(SNG)的制備方法。本發(fā)明尤其涉及一種通過在包含絕熱反應(yīng)器的甲烷化裝置中使含有氫和碳氧化物的合成氣反應(yīng)而制備SNG的方法，該絕熱反應(yīng)器可進(jìn)行中間熱回收和氣體再循環(huán)。本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法所用的設(shè)備。

背景技術(shù)

人們對SNG制備技術(shù)領(lǐng)域的興趣正日漸增大。SNG是一種清潔燃料，可使用現(xiàn)有的天然氣管道和設(shè)施供給，可廣泛應(yīng)用為天然氣的代用品。

制備代用天然氣(SNG)的公知方法涉及含氫和碳氧化物的合成氣(補(bǔ)給氣)的甲烷化。通過甲烷化反應(yīng)，合成氣被轉(zhuǎn)換為由95％或更多甲烷(CH₄)與少量二氧化碳、氫氣和惰性氣體組成的更有價值的產(chǎn)品。由煤或生物質(zhì)氣化獲得的合成氣還具有其他的優(yōu)點(diǎn)：由于有大量的煤可供應(yīng)，由煤炭氣化獲得SNG具有很強(qiáng)的吸引力，而與化石燃料相比，由生物質(zhì)氣化獲得SNG并未增加全球二氧化碳排放量。

基本上，合成氣的甲烷化過程包括以下反應(yīng)，為強(qiáng)放熱反應(yīng)：

(I)CO+3H₂→CH₄+H₂O

(II)CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

其中，反應(yīng)(I)的熱輸出(反應(yīng)熱)約206千焦耳/摩爾，反應(yīng)

(II)約165千焦耳/摩爾。

根據(jù)公知技術(shù)，上述反應(yīng)是在一種包含多個可熱回收和氣體再循環(huán)的絕熱反應(yīng)器的稱之為甲烷化裝置中進(jìn)行的。

將反應(yīng)器設(shè)置為順序操作，即向第一個反應(yīng)器注入新鮮氣體，向隨后的每個反應(yīng)器注入由該裝置中先前的(上游)反應(yīng)器得到的部分轉(zhuǎn)化的氣體流。反應(yīng)器中含有適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮栽黾臃磻?yīng)產(chǎn)率。熱回收和氣體再循環(huán)用于控制放熱反應(yīng)，避免反應(yīng)器內(nèi)溫度過高，那可能損害反應(yīng)器本身和/或催化劑。更具體地，熱回收是在每個反應(yīng)器出口處通過換熱器冷卻熱氣體流，例如通過生成高壓蒸汽。再循環(huán)是為控制反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)速率和溫度采取的進(jìn)一步措施，其用部分反應(yīng)氣體稀釋注入第一反應(yīng)器的新鮮氣體。氣體再循環(huán)需要準(zhǔn)備合適的壓縮機(jī)。

例如，名為TREMPTM的眾所周知的市場化方法包含甲烷化裝置，其含有第一反應(yīng)器，其注有具有適當(dāng)氫氣和一氧化碳比的新鮮合成氣，和另外兩個反應(yīng)器。第一反應(yīng)器輸出的反應(yīng)氣體通過過熱器和高壓鍋爐，分成兩股氣流。一股氣流通向第二個反應(yīng)器，另一股氣流通過氣體預(yù)熱器和壓縮機(jī)再循環(huán)到第一反應(yīng)器的進(jìn)氣口。在另一公知的工藝中，再循環(huán)氣流順著第二或其后反應(yīng)器而下，并與注入第一反應(yīng)器的新氣混合，即，再循環(huán)回路包括甲烷化裝置的所有反應(yīng)器，最后(結(jié)束)的反應(yīng)器可能是個例外。

現(xiàn)有技術(shù)工藝的一個共同特點(diǎn)是，新鮮氣體輸入完全通向第一個反應(yīng)器。由于反應(yīng)相關(guān)的熱輸出，強(qiáng)稀釋是非常必要的，因此，反應(yīng)氣體的相關(guān)部分需要重新循環(huán)。進(jìn)入第一反應(yīng)器的總摩爾流量和新合成氣原料的摩爾流量之間的比例可高達(dá)6或7，這意味著，進(jìn)入第一反應(yīng)器的大約15-20％或更少的氣體是新鮮合成氣，而80％以上是重新循環(huán)的反應(yīng)氣體。

因此，用于氣體再循環(huán)的壓縮機(jī)的功率消耗是相當(dāng)高的，也因而，壓縮機(jī)本身就是一個龐大而昂貴的裝置。另一個缺陷是，再循環(huán)氣體的量使通過反應(yīng)器的流動速率增大，尤其是第一個反應(yīng)器，這需要更大更昂貴的裝置和更大量的催化劑。

所有這些缺陷影響了甲烷化裝置的成本，并因此影響了SNG比化石天然氣在價格方面存在的競爭力；另一方面，為避免反應(yīng)器過熱，再循環(huán)的比率高似乎是不可避免的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的根本問題是提供一種更具成本效益和競爭力的方法，該方法能將含有碳氧化物和氫的合成氣轉(zhuǎn)換成代用天然氣。更具體地，本發(fā)明旨在減少對氣體再循環(huán)的需求和仍在影響現(xiàn)有技術(shù)方法的相關(guān)缺陷。

本發(fā)明的基本思想是將新鮮補(bǔ)給的合成氣平行加入到甲烷化裝置的反應(yīng)器中。從而，通過一種由新鮮合成氣原料制備SNG的方法解決了上述問題，所述方法包括下述步驟：將新鮮合成氣通入到包括至少一個第一絕熱反應(yīng)器和其他串聯(lián)的絕熱反應(yīng)器的甲烷化裝置(10)進(jìn)行反應(yīng)，以便每一個所述的其他的反應(yīng)器通入來自于該甲烷化裝置在前的反應(yīng)器中的氣流，和至少部分反應(yīng)氣體被通入所述的至少一個反應(yīng)器中再循環(huán)，其特征在于，所述新鮮合成氣原料平行通入到所述反應(yīng)器中。