[发明专利]一种用合成气制代用天然气的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及到化工工艺，具体指一种用合成气制代用天然气的工艺。

背景技术

高温甲烷化技术发展可以追溯到20世纪70年代，由于石油危机使得当时的美、英等国开始了替代能源的应用研究，包括煤制高热值城市煤气和替代天然气的技术研发。1984年建成世界上首套也是至今惟一投入运行的商业煤制天然气工厂。1978年丹麦某公司也在美国建成7200m³/d的合成天然气试验厂，进行了3年试验运行。另外，在欧洲有多套采用类似技术生产城市煤气的工厂。我国自20世纪80年代开始煤气甲烷化的研究，但主要为水煤气部分甲烷化生产城镇煤气技术。

现有的高温甲烷化工艺主要有三种。

一种采用3个反应器串联和循环机配合使用的甲烷化工艺流程，该工艺是采用高镍催化剂在1～6MPa下中压合成，其中CO的转化率可达100％，CO₂转化率可达95％，低热值达35.58MJ/m³，完全满足生产天然气的需求。该工艺中，根据副产蒸汽的不同要求，第一反应器、第二反应器采用带绝热内衬里的固定床反应器，第三反应器可使用管壳式反应器或普通固定床反应器。该工艺在第二反应器入口补入部分新鲜气作为温度和热负荷分配的调节手段；循环机设置在第二反应器出口位置，降低了循环气量；该工艺需要配备精脱硫工序，以减缓催化剂中毒，延长使用寿命。

方法二也是一种完全甲烷化反应，其采用4个固定床反应器串联和循环机配合使用，前2个反应器完成主要甲烷化反应，后2个反应器进行补充甲烷化反应，也是在1～6MPa中压合成。该工艺采用精脱硫工艺，脱硫后总硫量从0.1PPm降至30PPb以下，以减缓催化剂中毒，延长使用寿命；采用的催化剂具有变换功能，合成气无需调整H₂/CO比，合成气转化率高；该甲烷化工艺流程中设置了废热锅炉和蒸汽过热器可以产出8.6～12.0MPa的高压过热蒸汽，用于驱动大型压缩机，每生产1000m³天然气副产约3t高压过热蒸汽，能量效率高。该工艺生产的SNG气体中，甲烷体积分数可达94％～96％，高位热值达37.26～38.10MJ/m³，满足国家天然气标准以及管道输送的要求。

如图4所示为第三种甲烷化工艺流程，该工艺采用3个几乎同等功能的固定床反应器串联加一段出口循环的设置，催化剂使用温度为250～700℃。压力范围为2.5～7.5MPa完全甲烷化、合成气转化率高、产品热值高、回收循环过程能耗低等，但该技术采用高压合成工艺。在该工艺中，反应在绝热条件下进行。反应产生的热量导致了很高的温升，通过循环来控制第一甲烷化反应器的温度。由于反应器在高绝热温升下运行，因此使循环气体量大幅度减少，降低了循环机功耗，节省能源并降低设备费用。

由于甲烷化反应为强放热反应，过程中会使催化剂床层产生剧烈的温升，理论反应温度可达900～1100℃。目前工业化高温甲烷化催化剂的使用温度范围为250～700℃，同时受设备结构、材料的限制，工业装置中高温甲烷化反应器的温度需要控制在250～650℃，一旦反应超温不但设备和催化剂会损坏，严重时会导致安全事故；因此如何将甲烷化反应器床层的温度控制在允许的范围内是高温甲烷化工艺的关键。现有技术都是采用反应气循环回入口来降低反应器入口CO、CO₂和氢气的方式来控制反应温升，但同时需要消耗压缩功和降低了热能回收效率。

同时，高温甲烷化技术流程中废锅和过热器的配置有两种方式，一种为第一反应器后先配置废锅产汽，后配置过热器过热，可产中压蒸汽；另一种为第一反应器后先配置过热器，后配置废锅产汽，可产高压蒸汽。前者由于将过热器置后，导致蒸汽过热度不足，或只能副产过热中压蒸汽，造成工艺气的高温余热不能得到很好地利用，工艺流程设置不尽合理。后者由于将过热器置前，由于第一反应器出口温度一般在620～670℃，蒸汽过热器制造难度大，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种方便控制反应过程中温升且工艺设置合理的用合成气制代用天然气的工艺。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该用合成气制代用天然气的工艺，其特征在于包括下述步骤：