[發明專利]一種合成氣流化床甲烷化制天然氣工藝

有效

• 申請號: 201710455217.5
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107129844B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 田原宇;喬英云;謝克昌
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C10L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種合成氣流化床甲烷化制天然氣工藝，將氣化水洗后合成氣通入變換流化床反應器發生變換、水解和甲烷化反應；變換氣通過脫硫脫碳處理器后，CO/H₂為1:3的凈化合成氣進入一級帶有取熱管的流化床反應器，部分CO和/H₂與微粉甲烷化催化劑發生均溫甲烷化反應，生成甲烷和水蒸氣，產品氣通過氣固分離器脫除催化劑后，經過水冷器冷卻，進入氣液旋流脫水器；脫水后產品氣進入二級帶有取熱管的流化床反應器，重復上述過程；二次脫水后的產品氣再次進入三級帶有取熱管的流化床反應器后發生均溫甲烷化反應，產品氣通過氣固分離器脫除催化劑后，進入水冷器調控溫度；三級反應氣直接進入固定床甲烷化反應器，調控合成天然氣的產品質量。

1.技術領域

本發明提供一種合成氣流化床甲烷化制天然氣工藝，屬于煤化工領域。

2.背景技術

煤通過氣化得到合成氣，合成氣甲烷化制取天然氣是煤炭清潔轉化的一種重要途徑，是我國優化能源結構和保障能源安全的一種重要手段，是緩解局部大氣污染的一種有效手段，并且煤制天然氣具有一定競爭力，這都促使了煤制天然氣產業的蓬勃發展。

合成氣甲烷化反應的原料氣中主要包括H ₂、CO、CO₂、CH₄、H₂O、N₂和Ar等氣體，在甲烷化過程中可能發生的化學反應有11種，其中主要反應為CO甲烷化反應、CO₂甲烷化反應和CO變換反應等。

CO甲烷化反應為CO+3H₂＝CH₄+H₂O，CO₂甲烷化反應為CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O，CO變換反應位CO+H₂O＝H₂+CO₂，CO甲烷化反應、CO₂甲烷化反應是促進甲烷生成的正反應，CO變換反應位CO+H₂O＝H₂+CO₂是抑制甲烷生成的負反應，合成氣甲烷化反應過程中脫除生成水有利于提高甲烷化轉化率和選擇性。另外CO甲烷化反應和CO₂甲烷化反應均是強放熱反應，通常情況下，每轉化1％的CO可產生74℃的溫升，每轉化1％的CO₂可產生60℃的溫升，并且反應溫度越高，CO轉化率越低，對甲烷化催化劑的要求也就越高。

自CO甲烷化反應被發現以來，甲烷化反應廣泛用于合成氨工業、微量CO脫除、燃料電池、部分煤氣甲烷化和制取合成天然氣等方面。20世紀40年代以來，人們先后開發了多種甲烷化工藝，按照反應器類型可以分為絕熱固定床、等溫固定床、流化床和液相甲烷化幾種工藝。

在絕熱固定床甲烷化過程中，合成氣直接發生甲烷化反應的絕熱溫升高，反應器出口溫度超過900℃，這對反應器、廢熱鍋爐、蒸汽過熱器、管道的選材和催化劑的耐高溫性能提出了很高的要求，并且高溫下甲烷易發生裂解反應析碳，增大床層壓降并降低催化劑的壽命。為有效控制反應器溫升，一般情況下通過稀釋原料氣來實現，可選方式有部分工藝氣高比例循環、部分工藝氣循環并增加少量蒸汽、添加部分蒸汽等，實現遞減溫度下的甲烷化反應平衡，最終通過多級甲烷化反應得到合成天然氣。工藝氣高比例循環增加了壓縮能耗和投資。

固定床間接換熱等溫甲烷化反應器，移熱冷管是嵌入催化劑床層中的，并以此等溫甲烷化反應器為基礎開發出了等溫固定床甲烷化工藝。等溫固定床甲烷化反應器借助甲烷化反應放出的熱量可副產蒸汽。但由于結構限制，設備大型化受限。