[發明專利]一種火山型溫度序列甲烷合成工藝

在審

• 申請號: 201711345511.7
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108018103A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 史立杰;李晨佳;張永澤;馮璐瑤;苗磊
• 申請（專利權）人: 新地能源工程技術有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 唐曙暉

本發明提供一種火山型溫度序列甲烷合成工藝，通過合理分配進入各級高溫甲烷合成反應器的新鮮原料氣量，優化循環氣量，有效控制各段甲烷合成反應器之間的溫升，使得各段甲烷合成反應器的熱點溫度呈火山型分布。降低循環壓縮機投資和電能的消耗，大幅降低對高純水或飽和蒸汽的需求，多產高壓飽和蒸汽，從而達到節能降耗、提高裝置經濟性的目的。

技術領域

本發明屬于合成天然氣領域，具體涉及一種火山型溫度序列甲烷合成工藝。

背景技術

高溫甲烷合成技術是煤制天然氣的關鍵技術之一，甲烷合成反應體系主要關注以下幾個反應：

CO+3H2→CH4+H2O (1)

CO2+4H2→CH4+2H2O (2)

2CO→C+CO2 (3)

CH4→C+2H2 (4)

C+H2O→CO+H2 (5)

其中，(1)和(2)是主要的甲烷合成反應，(3)和(4)是主要的積炭反應，(5)是抑制積炭反應。從反應角度看，反應溫度越高、水含量越低，催化劑越容易積炭。積炭導致催化劑粉化、失活，引起反應器堵塞，影響工業裝置穩定運行，甚至釀成事故。

為實現工業裝置穩定運行，現有的高溫甲烷合成技術采用多段串并聯、產品氣循環、原料氣補水相結合的工藝。該工藝中，各段反應器熱點溫度通常呈降序形式，即反應器從前到后溫度逐漸下降(如620℃→600℃→500℃→380℃)，一段反應器補入水蒸汽占原料氣總量通常大于5％(V/V)。從邏輯上分析，該工藝自身存在矛盾：反應器熱點溫度呈降序分布，因而各段反應器對水含量的需求逐漸降低；而客觀事實卻是，氣體中的水蒸氣含量逐漸升高(反應(1)和反應(2)生成水)。溫度分布與水分布呈倒掛趨勢，不利于工業裝置操作的穩定性和能量的高效利用。基于以上邏輯分析，現有工藝的缺點有如下具體表現：(1)一次性投資大：為了保證反應器溫度呈降溫序列，需要很高的循環氣量，因而需要的循環壓縮機固定投資費用很高；循環氣量大，在相同的空速條件下，催化劑裝填量大，費用高；(2)操作費用高：循環壓縮機功率大、電耗高；為了保證一段反應器在高溫條件下不積炭，需要補入大量水/水蒸氣，補入水/水蒸汽含量通常大于總氣量的5％(V/V)，從而加大了高純水/水蒸汽的消耗；(3)能量利用效率低：產品氣要求不含水，而現有技術需補入大量水/水蒸氣，后續需要用循環水將水蒸氣冷凝并脫除，從而造成系統能量損耗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種火山型溫度序列的高溫甲烷合成工藝，通過合理分配進入各級高溫甲烷合成反應器的新鮮原料氣量，優化循環氣量，降低循環壓縮機投資和電耗，大幅降低高純水/飽和蒸汽需求，多產高壓飽和蒸汽，從而達到節能降耗、提高裝置經濟性的目的。