[发明专利]一种煤气化合成气甲烷化合成天然气新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤气化合成气甲烷化合成天然气新工艺，是一种高CO或CO₂体积浓度的原料气和低能耗的浆态床甲烷化新工艺。

背景技术

目前，用焦炉煤气或煤气化合成气生产替代天然气近来受到广泛关注。由煤气化合成气或焦炉气，将其中的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)

甲烷化反应时在催化剂作用下的强放热反应。在通常的气体组分中，每1％的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升；每1％的CO₂甲烷化可产生60℃的绝热升温。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反应的反应温度，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，一般采用5倍以上的循环气量将煤制合成气中的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，二是采用循环气来降低甲烷化反应器的CO含量来控制反应热。

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。

综上所述，目前，合成气生产甲烷的工艺虽然已经比较成熟，但由于甲烷化反应是强放热反应，现有技术主要采用多段冷却，通过加入惰性组分或增大循环比来稀释原料气中CO或CO₂含量等手段来控制反应温度。但他们或多或少的存在能量利用率低，设备投资大，生产成本高，工艺条件苛刻等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有合成气生产甲烷的工艺所存在的能量利用率低，设备投资大，生产成本高，工艺条件苛刻的问题，从而提供一种能耗低，易操作，设备造价低，适用于大范围CO或CO₂浓度范围的合成气的制甲烷的工艺。

为达上述目的，本发明提供了一种煤气化合成气甲烷化合成天然气新工艺，其特殊之处在于，在以煤气化合成气或焦炉气为原料气的甲烷化反应过程中，将甲烷化催化剂均匀的分散在惰性液态烃中。

在500ml的高压釜中首先放入300ml的惰性液态烃，接着放入研磨至200目以下的以SiO₂或Al₂O₃为载体的Ni催化剂，使其均匀分散在所述惰性液态烃中，接着通入氮气，将高压釜内冲压升温到300℃，2MPa后，再通入H₂/CO≥3∶1的H₂和CO混合气体或H₂/C≥4∶1的H₂和含C混合气(CO、CO₂)，反应1h，得到以甲烷为主的合成气，然后将此合成气导入变压吸附装置，进行变压吸附分离，得到最终的天然气。

上述惰性液态烃是石蜡烃和导热油。

上述原料气中CO或CO₂体积浓度在1％～30％。

上述原料气中(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)的摩尔比为2.5～3.7。

上述原料气中(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)的摩尔比为2.8～3.3。

本发明的优点是：能耗低，易操作，设备造价低，适用于大范围CO或CO₂浓度范围的合成气的制甲烷。

本发明与现有技术相比，其实质性特点和显著进步在于：