[发明专利]生产合成天然气的方法、装置及其产物天然气

说明书

技术领域

本发明涉及一种完全甲烷化的方法，具体地，本发明涉及以煤气化产物为原料，生产合成天然气(富甲烷气体)的方法及其装置，属于合成天然气技术领域。

背景技术

上世纪七十年代以来，伴随着石油危机，煤制甲烷(合成天然气或替代天然气)在国内外得到较快发展。煤制甲烷的主要方法包括煤加氢气化直接制备甲烷和经合成气间接制备甲烷。

煤加氢气化生产甲烷的主要问题有：碳转化率低、甲烷收率低、气体组成复杂、甲烷浓度低以及得不到高质量的合成天然气等。相对来说，煤经合成气生产甲烷的工艺具有技术成熟度高、碳利用率高及甲烷浓度高的显著优势。上世纪80年代初，德国鲁奇公司结合巴斯夫公司的甲烷化催化剂完成了整套工艺技术的开发，并成功应用于美国大平原工厂389万立方米/天的煤制天然气工厂；英国煤气公司针对BGL气化炉的合成气特点开发了HICOM工艺及相应催化剂，并建立了2832m³/d的中试装置；丹麦托普索公司成功研制了最高能耐700℃高温的宽温型催化剂，并开发了TREMP完全甲烷化工艺技术。

在我国，以利用煤生产城市煤气为目的，在上世纪已建立较成熟的煤气部分甲烷化技术：如中科院大连化学物理研究所研发了“常压水煤气部分甲烷化生产城市煤气”技术；化工部化肥研究所开发了以常压半水煤气为原料气的RHM-266型镍系甲烷化催化剂及工艺；煤炭科学研究院开发了两段炉水煤气甲烷化工艺。

随着可持续发展的需要，节能降耗、提高能源利用效率成为各技术发展的方向和趋势。对甲烷化过程而言，高温、高压操作、宽温型催化剂有利于设备及过程强化，进而降低能耗，并提高甲烷化反应副产热品位及回收利用率。有鉴于此，宽温型甲烷化催化剂，高温、高压完全甲烷化技术已成为当前甲烷化技术的发展趋势。目前世界上仅有美国大平原一家甲烷化商业化工厂，且为中、低温甲烷化技术，对于甲烷化发展趋势的高温、高压完全甲烷化技术，尚没有工业化应用的先例。国内甲烷化技术目前仅停留于部分甲烷化，且催化剂适应温度范围窄，极大限制了能量的综合利用效率；另外常压下进行的部分甲烷化技术不利于反应和设备强化，缺乏反应器设计和物质-能量的集成优化。

甲烷化反应为快速、强放热反应，原料气中一氧化碳含量过高将导致大量放热，容易造成催化剂床层出现“飞温”等现象导致催化剂失活，甚至危及反应器的安全。在目前完全甲烷化工艺中，通常在甲烷化单元前预设变换单元，通过变换反应降低原料气中一氧化碳的含量，或者向原料气中添加额外的蒸汽以饱和原料气。

甲烷化反应能够在各类反应器中进行，包括绝热固定床反应器、冷却型列管式反应器、甚至流化床反应器。现有技术中使用较多的是绝热固定床反应器。冷却型列管式反应器由多根反应管并联构成，在其管内(或管间)装填催化剂，载热体流经管间(或管内)进行换热，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根，冷却型列管式反应器亦适用于反应热效应较大的反应。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种生产合成天然气(Synthetic Natural Gas，SNG)的方法。

本发明的另一个目的在于，提供实施上述方法的装置。

本发明是采用以下技术方案来实现的。一方面，本发明提供一种以煤气化产物为原料气生产合成天然气的方法，所述合成天然气中含有的甲烷摩尔比为94％以上，所述方法包括以下的步骤a)至d)，并且通过独立的蒸汽输送体系将外来蒸汽和/或步骤b)、c)和/或d)中产生的蒸汽通入步骤b)、c)和/或d)中所述的第一段绝热固定床反应器和/或第二段绝热固定床反应器和/或第三段绝热固定床反应器中：

a)将原料气经加热后分为第一股原料气(4)和第二股原料气(5)；

b)将步骤a)中的第一股原料气(4)通入装填甲烷化催化剂的第一段绝热固定床反应器(7)中进行甲烷化反应，其中进口气体的温度为230-400℃；反应得到温度为450-700℃的第一产品气(8)，该第一产品气(8)经冷却后，得到温度为150-350℃的冷却的第一产品气(10)；同时副产饱和蒸汽和/或过热蒸汽。

c)将步骤a)中的第二股原料气(5)与步骤b)中所得到的冷却的第一产品气(10)混合后得到的混合气体(11)通入装填甲烷化催化剂的第二段绝热固定床反应器(12)中进行甲烷化反应，其中进口气体的温度为230-400℃；反应得到温度为450-700℃的第二产品气(13)，该第二产品气(13)经冷却后，得到温度为150-350℃的冷却的第二产品气(15)，同时副产饱和蒸汽和/或过热蒸汽。

d)将步骤c)中所得到的冷却的第二产品气(15)进行选自如下之一的处理：