[发明专利]一种煤制合成气进行甲烷化合成天然气的工艺

说明书

技术领域

本发明属于一种合成天然气工艺，具体涉及一种对煤制合成气进行甲烷化合成天然气的工艺。

背景技术

目前，用煤气化合成气生产替代天然气受到广泛关注。将煤气化合成气中的H₂、CO、CO₂进行甲烷化反应可制取人工天然气，反应式如下：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O+206KJ/mol        (1)

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol      (2)

甲烷化反应是在催化剂作用下的强放热反应。在通常的气体组分中，每1个百分点的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升；每1个百分点的CO₂甲烷化可产生60℃的绝热温升。故需控制合成气甲烷化过程中甲烷化反应器中的温度，以防止反应器中催化剂的过热而引起的催化剂烧结和损坏设备。如何有效控制甲烷化的反应温度，高效回收利用强放热反应放出的大量热能成为研发的热点。

现有技术大多采用多台固定床甲烷化反应器进行绝热反应，且在甲烷化反应过程中通常使用多个热交换器和气体循环机的复杂装置来控制温度，采用高达5倍多的循环气将煤制合成气中的CO由25％左右稀释到2％～4％左右，这不仅增加了设备投资，还大幅度的增加了循环气电耗。

如美国专利US4016189、US4205961和US4298694，采用绝热反应器和换热反应器，多台串联进行甲烷化反应，采用反应—换热冷却—反应交替进行的方法，大大增加了设备台数。

中国专利CN200910085337.6在合成气中通入CO₂作为反应的惰性气体、通过向合成气中添加蒸汽，用水作为冷却剂或使用循环机中的一种或任意多种组合方式控制一段反应器的反应温度。虽然提高了甲烷化过程中反应热能的回收，但大大增加了循环气电耗。

中国专利200910058611.0采用多级甲烷化反应器进行甲烷化反应，通过控制每一级甲烷化反应器的入口气体中CO+CO₂总含量≤3.5％(体积分数)，使甲烷化后每一级甲烷化反应器的出口温度均≤450℃。虽然，循环压缩功率略有下降，但需多台甲烷化反应器进行甲烷化反应，大大增加了设备投资。

发明内容

本发明的目的是提供一种能耗低，易操作，设备投资低的煤制合成气进行甲烷化合成天然气的工艺。

本发明为达到上述发明目的，在甲烷化反应过程中引入导热系数大、热容大的惰性液相组分，将甲烷化催化剂均匀的分散在惰性液体中，使床层接近等温，从而避免常规固定床甲烷化方法中出现的催化剂烧结的现象。大大提高了煤制合成气甲烷化过程中的转化率，且合成气无需循环。

本发明采用的技术方案及具体工艺是：

(1)、煤经过气化产生煤气，煤气再经过变换成为甲烷化原料气；

(2)、将甲烷化催化剂分散在惰性液体介质中，并从浆态床甲烷化反应器底部加入浆态床甲烷化反应器，然后还原性气体从浆态床甲烷化反应器底部通入，升温至还原温度后，常压对催化剂进行还原；

(3)、还原结束后，将还原气切换为甲烷化原料气，同时升压至反应压力，温度调整为反应温度，在浆态床甲烷化反应器中进行甲烷化反应，产生的尾气与原料气换热后进入气液分离器I，尾气中夹带的浆态液相组分和催化剂由气液分离器I底部排出，尾气中的气相由气液分离器I顶部排出；

(4)、甲烷化反应过程中，部分含催化剂的浆态液相组分进入气液分离器II中，其中气相由气液分离器II顶部排出，并与气液分离器I顶部排出气相合并，进行冷却除去水，然后经净化得合成天然气，含催化剂的浆态液相组分由气液分离器II底部排出，并与气液分离器I底部排出的浆态液相组分和催化剂合并，将上述两气液分离器分离出的浆态液相组分和催化剂重量之和的1～5wt％放出，而剩余浆态液相组分和催化剂经冷却后，并与新鲜的分散在惰性液体介质甲烷化催化剂共同进入浆态床甲烷化反应器中进行甲烷化反应。

如上所述的惰性液体介质为石蜡烃，导热油(如THERMINOLVP-1型)和氢化三联苯(如SHHG-340)等导热系数大、热容大、沸点高的的惰性液相组分。

如上所述的甲烷化催化剂是以Al₂O₃或SiO₂为载体，Ni含量在5～60wt％的国内外工业化镍系催化剂，催化剂磨碎至100～300目之间。