[发明专利]一种合成气制天然气的工艺

说明书

技术领域

本发明属于甲烷化制天然气领域，具体涉及一种合成气制天然气的工艺。

背景技术

我国是一个“富煤、少油、贫气”的国家，油气资源的供求矛盾长期存在。尤其是随着我国经济的快速发展，民生和环保压力陡增。而现有的煤炭利用方式和天然气相比，能量利用效率低、污染物排放显著。为此，我国对天然气这一清洁能源的需求量也呈爆炸式增长，年增速达13-15％。国家统计局2010年公布的数据表明，2009年我国天然气消费已经占到能源消费总量的3.9％，这一数字2015年将上升到8.3％。预计到2020年，天然气消费需求将达3000亿立方米，预期国产1500亿立方米，仍然存在约1500亿立方米缺口，对外依存度将达到50％；再加上国际能源价格急剧动荡，也将对我国能源安全带来严重影响。

再加上我国煤炭资源赋存丰度与地区经济发达程度呈逆向分布的特点，使煤炭基地远离了煤炭消费市场，煤炭资源中心远离了煤炭消费中心，从而加剧了远距离输送煤炭的压力，同时煤炭长距离输送运输成本高、损耗大，造成了极大的资源浪费，制约了我国社会经济的和谐发展。因此，适时发展适合我国国情的煤基替代性能源，符合国家根本利益，是保证国家经济持续发展的一个重要手段。

将煤炭转化为能源产品有多种方式。技术经济分析表明，在一些特定地区，煤制天然气(Substitute Natural Gas，SNG)相比其他煤化工技术路线，具有能量转化效率高，水耗少，投资低等优势，是煤炭转化的优选途径之一。因此，利用我国丰富的煤炭资源进行煤制SNG，不仅可以填补传统天然气市场的供求缺口，更好地满足城市燃气以及天然气汽车发展的需要；同时为构建“煤炭开采→煤炭转化→产品运输→产品利用”的新型煤炭利用模式和产业链，提供新的选择，也必将为我国的煤炭清洁利用注入新的活力。

煤制天然气和其他煤化工路线相比，工艺相对简单、流程比较短。通过煤气化、净化、甲烷化生产SNG这一过程，涉及到的空分、气化、变换、净化等主要工艺单元国内外都具有成熟的技术。而合成气完全甲烷化制SNG技术基本上被Davy和Topsoe公司垄断，因此，开发具有自主知识产权的合成气完全甲烷化制SNG技术具有重要的技术、经济和战略意义。

合成气完全甲烷化过程中主要发生如下几个独立反应：

CO+3H₂→CH₄+H₂O  ΔH⁰＝-206kJ/mol  (1)

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂OΔH⁰-165kJ/mol  (2)

2CO→C↓+CO₂ΔH⁰-173kJ/mol  (3)

上述各反应均为放热反应。反应放热量取决于反应原料气中的CO含量，每1％的CO转化成CH₄，气体绝热升温可达60-70℃。如果使合成气原料(假设CO含量20％)直接一次通过催化剂床层进行甲烷化反应，则引起的气体绝热温升可达1200-1400℃。大量的放热会使反应床层温度过高，而导致催化剂热失活，同时过高的反应床层温升还使得甲烷化反应易于受到热力学平衡限制。因此，与用于合成氨及石油炼制工业中富氢气体净化过程的甲烷化工艺不同，在以生产SNG为目的的合成气完全甲烷化工艺中，反应床层温度的控制是本项目需要解决的关键技术问题之一。各种完全甲烷化工艺的不同之处也正是在于如何实现反应床层温度的控制。最常用的两种手段是内取热拟等温床反应器工艺和绝热循环工艺。