[發(fā)明專利]一種天然氣合成工藝及合成天然氣的設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010577384.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN111635796A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?bào)@濤;曾明國;陳小林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都賽普瑞興科技有限公司
• 主分類號(hào): C10L3/08
• 分類號(hào): C10L3/08
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 呂露

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N天然氣合成工藝及合成天然氣的設(shè)備，涉及甲烷化技術(shù)領(lǐng)域。一種天然氣合成工藝包括將180～300℃的原料氣經(jīng)第一甲烷化反應(yīng)后得到400～600℃的第一反應(yīng)氣，將第一反應(yīng)氣經(jīng)第一次冷卻至180～300℃，經(jīng)第二甲烷化反應(yīng)得到250～400℃的第二反應(yīng)氣。本申請(qǐng)通過控制原料氣中各成分含量，直接將原料氣依次經(jīng)過中溫反應(yīng)和低溫反應(yīng)，中溫反應(yīng)能夠消耗掉原料氣中大部分碳氧化合物，低溫反應(yīng)用于消耗殘余的碳氧化合物。得到的產(chǎn)品氣中碳氧化合物含量較低，產(chǎn)品氣經(jīng)過簡單的甲烷和氫氣分離即可使用。且合成工藝并不涉及高溫反應(yīng)，催化劑能夠保持良好的活性，設(shè)備也不會(huì)有較大的損耗，能夠延長其使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及甲烷化技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種天然氣合成工藝及合成天然氣的設(shè)備。

背景技術(shù)

焦?fàn)t煤氣(Coke Oven Gas，簡稱COG)，是指煤在煉焦?fàn)t中經(jīng)過高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所產(chǎn)生的一種可燃性氣體，是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品。焦?fàn)t煤氣中含有氫氣、甲烷、氮?dú)狻⒁谎趸肌⒍趸家约拔⒘康慕褂汀⒈健⑤痢薄⑶杌瘹洹⒂袡C(jī)硫等。焦?fàn)t煤氣經(jīng)凈化除去焦油、苯、萘、氨、氰化氫、有機(jī)硫等雜質(zhì)，再通過甲烷化反應(yīng)將其中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷，得到主要成分為甲烷和氫氣的產(chǎn)品氣。

甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，在合成氣凈化的甲烷合成反應(yīng)中每1％的CO甲烷合成的絕熱溫升高達(dá)73℃，每1％的CO₂甲烷合成的絕熱溫升約60℃。高濃度碳氧化物在絕熱反應(yīng)器中反應(yīng)產(chǎn)生的絕熱溫升大，若不采取有效措施，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備超溫和催化劑燒結(jié)失活。

目前甲烷化反應(yīng)器按照熱量控制方式可分為絕熱甲烷化反應(yīng)器和等溫甲烷化反應(yīng)器。絕熱甲烷化反應(yīng)器首先在絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，之后將產(chǎn)物通入冷卻器降溫，降溫后的產(chǎn)物再進(jìn)入下一級(jí)絕熱反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，由此往復(fù)。由于甲烷化反應(yīng)放熱量大，可能導(dǎo)致催化劑失活。等溫甲烷化反應(yīng)器中甲烷化反應(yīng)放熱過程和熱量移除過程同時(shí)進(jìn)行，無需預(yù)先對(duì)原料氣稀釋，原料氣一次性處理量大。但是，等溫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。

絕熱甲烷化反應(yīng)工藝以其操作簡便、造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)而被廣泛采用。其一般流程是將絕熱甲烷化反應(yīng)器串聯(lián)或并聯(lián)，通過產(chǎn)品氣循環(huán)的方式稀釋原料氣中碳氧化物濃度來控制反應(yīng)器溫度。絕熱甲烷化反應(yīng)基本都會(huì)依次設(shè)置高溫、中溫和低溫三級(jí)絕熱反應(yīng)器。這里所說的高溫反應(yīng)器是指其出口溫度500～700℃，中溫反應(yīng)器為400～500℃，低溫反應(yīng)器為200～300℃。高溫反應(yīng)器不僅需要特制的耐高溫催化劑，而且催化劑在高溫反應(yīng)器中的使用壽面也較短，極易失活。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種天然氣合成工藝及合成天然氣的設(shè)備，本申請(qǐng)直接以中溫反應(yīng)器和低溫反應(yīng)器串聯(lián)，能夠得到碳氧化合物較低的產(chǎn)品氣。

第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種天然氣合成工藝，其包括：將180～300℃的原料氣經(jīng)第一甲烷化反應(yīng)后得到400～600℃的第一反應(yīng)氣，將第一反應(yīng)氣經(jīng)第一次冷卻至180～300℃經(jīng)第二甲烷化反應(yīng)得到250～400℃的第二反應(yīng)氣。

按照體積分?jǐn)?shù)計(jì)，原料氣包括45～70％的氫氣、15～35％的甲烷、1～15％的一氧化碳和1～15％的二氧化碳。

在上述實(shí)現(xiàn)過程中，本申請(qǐng)控制原料氣中各成分含量，直接將原料氣依次經(jīng)過中溫反應(yīng)和低溫反應(yīng)，中溫反應(yīng)能夠消耗掉原料氣中大部分碳氧化合物，低溫反應(yīng)用于消耗殘余的碳氧化合物。得到的產(chǎn)品氣中碳氧化合物含量較低，產(chǎn)品氣經(jīng)過簡單的甲烷和氫氣分離即可使用。本申請(qǐng)通過中溫反應(yīng)和低溫反應(yīng)的階梯式搭配，能夠提高設(shè)備的利用率。

并且，由于本申請(qǐng)的天然氣合成工藝并不涉及高溫反應(yīng)，催化劑能夠保持良好的活性重復(fù)使用，天然氣合成設(shè)備也不會(huì)有較大的損耗，能夠延長其使用壽命。

在一種可能的實(shí)施方案中，第一反應(yīng)氣冷卻至180～300℃后，部分冷卻后的第一反應(yīng)氣與原料氣混合進(jìn)行第一甲烷化反應(yīng)，余下冷卻后的第一反應(yīng)氣進(jìn)行第二甲烷化反應(yīng)。