[发明专利]一种煤制合成气生产甲烷的甲烷化炉及其生产方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及化工设备技术领域，具体的说是一种应用于煤制合成气生产天然气领域中的甲烷化炉及其生产方法。

[背景技术]

天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，已成为我国的三大石化能源之一，其主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层，由于天然气燃烧后不产生无废渣、废水，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势，因此在发电、化工、民用燃料、工业燃料等重要领域极力推广应用。

虽然我国的天然气天然储备量相对充足，但是由于天然气形成方式导致其形成时间极为漫长，若不加控制过度开采，则我国的天然气田将枯竭，因此利用煤炭间接获取天然气主要成分甲烷的方案极为受到推崇，该方案之所以受到推崇是因为它结合了我国能源“富煤缺油少气”的基本特点，且变相解决了煤炭能源燃烧产生的三废问题，因此发展以煤为原料的石油及天然气替代能源势在必行。

该方案的实施是利用煤气化后生产的合成气，再经甲烷化处理获得天然气主要成分甲烷：

首先，煤气化过程是一个热化学过程，以煤或煤焦为原料，氧气（或空气或富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为燃料煤气或合成气，其主要成分包括CO、H₂、CO₂、CH₄等，其中CO、H₂在化工原料气中被称为有效气，在气化工艺方面，主要包括壳牌气化法、德士古气化法、多喷嘴气化法、GSP气化法。

其次，将获得的合成气经甲烷化处理，主要利用化学反应有：

CO+3H₂→CH₄+H₂O+Q    （1）

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O+Q  （2）

CO+ H₂O→H₂+CO₂+Q    （3）

实现上述反应的装置是甲烷化炉，目前均采用绝热式的轴向反应炉型（参见图1），合成反应气从上部进入甲烷化炉内，经过催化剂床层进行反应生成甲烷同时释放出大量热量，甲烷气及未反应的合成气等从下部出口进入废热锅炉（或称换热器）进行换热，将高温气体的热量吸收降温后进入第二甲烷化炉再次进行甲烷化反应，依次进行三级或四级反应。

但是绝热式甲烷化炉在实际生产中存在以下缺点：

（1）甲烷化炉内反应温度不易控制，反应过程中释放的反应热量不能及时撤出，因此会造成催化剂过烧现象，一段甲烷化炉的转化率较低，循环气量大，能耗高。

（2）催化剂床层高度较高，合成反应阻力降较大，串联的台数越多阻力降越大，能耗就越大，三台串联总压降高达0.5～0.8MPa；

（3）由于绝热反应的结构特征，导致设备受压壳体的金属温度较高，受压壳体厚度厚，对材料的要求较高，设备造价昂贵；

综上所述，虽然煤制甲烷的工艺流程看似简单，但是实际生产中其工艺流程参数及反应装置均存在有待改进的缺陷。

[发明内容]

本发明的目的在于改进现用煤制合成气甲烷化工艺中的甲烷化炉结构，提供一种甲烷化炉的新型结构及该新型甲烷化炉的生产工艺，以克服绝热式甲烷化炉的缺陷。

为实现上述目的，设计一种用于煤制合成气生产甲烷的甲烷化炉，包括合成气入口、催化剂床层和甲烷气出口，其特征在于甲烷化炉底部设有甲烷气出口，甲烷化炉左右两侧设有合成气入口，甲烷化炉中部设有气体收集器中心管，气体收集器中心管底部连接甲烷气出口，气体收集器中心管径向外侧设有催化剂床层，催化剂床层径向外侧设有气体分布器，气体分布器连接合成气入口。

另一种用于煤制合成气生产甲烷的甲烷化炉，包括合成气入口、催化剂床层和甲烷气出口，其特征在于甲烷化炉底部设有合成气入口，甲烷化炉左右两侧设有甲烷气出口，甲烷化炉中部设有气体分布器，气体分布器底部连接合成气入口，气体分布器径向外侧设有催化剂床层，催化剂床层径向外侧设有气体收集器，气体收集器连接甲烷气出口。