[發明專利]一種用于粉煤氣化合成氣制天然氣的節能工藝

在審

• 申請號: 201710686596.9
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107245357A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 宮萬福;侯寧;葛秀文;呂建寧;閆兵海
• 申請（專利權）人: 惠生工程（中國）有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C10L3/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 劉燕武

技術領域

本發明涉及煤制合成天然氣技術領域，尤其是涉及一種用于粉煤氣化合成氣制天然氣的節能工藝。

背景技術

天然氣是一種使用安全、熱值高的清潔能源，廣泛應用于發電、化工、城市燃氣、汽車燃料等行業，是世界上主要的清潔能源之一。目前，在國內天然氣供應緊張和天然氣價格連續上漲情況下，國內許多公司將目光轉向煤制天然氣的項目。我國的能源結構是“缺油、少氣、富煤”，煤炭資源相對豐富。因此，根據我國的能源結構特點，積極發展煤制合成天然氣(SNG)，不僅可以滿足國內日益增長的市場需求，而且對于保障我國的能源安全，意義重大。

現有煤制合成天然氣項目的流程如圖1所示，自煤氣化單元的合成氣，經CO變換單元調整好碳氫比后，進入氣體凈化單元，以脫除合成氣中的H₂S等硫化物以及絕大部分CO₂氣體，經過氣體凈化后的合成氣，送入甲烷化單元發生甲烷化反應制得合成天然氣(SNG)，然后經進一步脫水制得滿足管網輸送要求的SNG產品。在上述過程中，氣體凈化單元大多采用低溫甲醇洗物理吸收法，低溫甲醇溶劑在高壓、低溫下吸收變換氣中的CO₂氣體，吸收了CO₂的富甲醇溶劑在再生過程中通過減壓、氣提的方法再分離出低壓、高濃度的氣相CO₂氣體，這股CO₂氣體的壓力通常在0.1～0.25MPa(G)之間，同時夾帶近200ppm甲醇氣體，這不但會造成甲醇溶劑的損失，而且不能滿足越來越嚴格的環保要求。

同時在上述過程中，當煤氣化單元采用氣流床粉煤氣化工藝時，氣化單元需要大量高壓力等級的CO₂氣體。以操作壓力為4MPa(G)的殼牌粉煤氣化廢鍋流程為例，粉煤氣化過程需要大量的8.6MPag和5.4MPag壓力等級的CO₂氣體，其中超高壓8.6MPa(G)的CO₂氣體經超高壓緩沖罐緩沖后，主要用于煤粉鎖斗、灰鎖斗、飛灰氣提等間斷、大流量用戶；高壓5.4MPa(G)的CO₂氣體用于煤粉給料罐、煤粉輸送及各種吹掃的連續使用。為滿足粉煤氣化單元對CO₂氣體高壓力等級要求，一般采用壓縮機將氣體凈化單元捕獲的低壓CO₂氣體增壓至5.4MPag和8.6MPag，此過程壓縮比較大，能耗非常高，同時低壓CO₂氣體體積量較大，也使得該壓縮機占地大、造價高。

中國科學院大連化學物理研究所申請的專利CN103242920B中，同樣涉及到上述問題，該專利方法如圖2所示，相較傳統工藝雖然可降低CO₂捕獲過程中的溶劑耗量和操作功耗，但依靠捕獲獲得的CO₂氣體壓力依然會較低，沒能有效利用CO₂捕獲之前的壓力能，同時該專利提供的煤氣化合成氣制天然氣工藝中，凈化脫硫單元置于氣化后、CO變換前，會增加裝置投資和能耗，因為煤氣化后的合成氣一般溫度較高，并伴有大量的飽和水蒸汽，采用傳統的物理或化學方法凈化脫硫前必須先將合成氣降溫并分離掉這部分水蒸汽，此過程雖然能回收部分熱量副產低壓蒸汽，但該過程熱量回收效率低，副產的蒸汽品位差。而凈化后的合成氣進入后續的CO變換單元時，又需要重新補入大量的水蒸汽才能滿足CO變換對水蒸汽的要求，造成雙重浪費。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于粉煤氣化合成氣制天然氣的節能工藝。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于粉煤氣化合成氣制天然氣的節能工藝，粉煤氣化單元制得的合成氣先經CO變換單元調整氫碳比，所得的變換氣再進入凈化脫硫單元脫除含硫組分，生成的脫硫凈化氣接著進入甲烷化單元完成甲烷化反應，制得的粗甲烷氣經脫水深冷分離后制得中壓液體CO₂和粗甲烷產品氣，其中，中壓液體CO₂經增壓、再氣化后返回粉煤氣化單元，粗甲烷產品氣繼續經凈化脫碳單元脫除剩余CO₂氣體，即得到甲烷產品氣。

優選的，所述的甲烷化單元由多段絕熱固定床反應器或等溫反應器組成，其內部填充的催化劑包括Ni基甲烷化催化劑，釕基甲烷化催化劑，或Ni基甲烷化催化劑與釕基甲烷化催化劑、CO變換催化劑的組合。

更優選的，所述的甲烷化單元中甲烷化反應過程中的反應放熱由原料氣、水和/或任一段反應器的出口氣體移出。