[发明专利]一种甲烷化工艺

说明书

技术领域

本发明属于新能源利用技术领域。涉及一种甲烷化工艺，尤其是一种煤基合成气制备代用天然气的甲烷化工艺。

背景技术

天然气是一种使用安全、热值高的清洁能源，其主要成分是甲烷，与相同质量的煤炭相比，燃烧排放的CO仅为煤炭的40％，没有废水、废渣产生。

近几年，随着“陕气进京”、“西气东输”等国家级燃气输送工程的相继建成和投入使用，天然气的需求量呈爆发式增长。据预测，2015年，中国天然气的需求量将达到1700-2100亿Nm³，而同期的天然气产量只能达到1400亿Nm³，供需缺口约300-700亿Nm³。为了解决我国天然气的供需矛盾问题，除了立足国内资源并积极利用世界其他国家的天然气资源外，还需寻求其他替代途径。而我国煤炭资源相对丰富，目前煤碳的利用主要是直接燃料，利用效率低，并且在燃烧过程中排放大量有害物质污染环境；还有煤化工的用煤占据了大量的运输资源，运输负荷重。因此，利用我国相对丰富的煤碳资源，通过煤气化、变换、净化得到合成气进行甲烷化反应，集中建设多套大型的煤基合成气制备代用天然气装置，生产符合我国天然气管道输送标准的高热值清洁代用天然气（SNG）势在必行。 

目前，用煤气化合成气生产代用天然气受到广泛关注。将煤基合成气中的H₂、CO、CO₂进行甲烷化反应可制取代用天然气，甲烷化过程中发生的反应主要包括：  

     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。由于煤基合成气中CO含量较高，而甲烷化反应的放热量很大，每1个百分点的CO甲烷化可产生71℃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。故需控制煤基合成气甲烷化过程中甲烷化反应的温度，防止反应器中催化剂的过热而引起的催化剂失活和损坏设备；另一方面，高效回收利用强放热反应放出的大量热，有效控制甲烷化的反应温度，会使反应平衡向左移动，提高甲烷化反应转化率。

目前国内有报导的在建或规划建设的煤制天然气项目已近32个，规划产能达1300亿m³/a，但这些项目大都采用国外技术。国内也有一些装置采用焦炉气甲烷化来生产代用天然气，但该方法应用范围比较窄，生产能力较小，不适宜大规模提供天然气。因此研发能量利用率高，经济、环保、转化率高适合大型工业装置生产的甲烷化工艺迫在眉睫。

发明内容

本发明是提供一种煤基合成气制备代用天然气的甲烷化反应工艺，利用该工艺控制甲烷化反应温度、提高产品转化率及能量利用率、同时降低循环压缩机功耗，制的符合天然气管输要求的代用天然气。 

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤基合成气制备代用天然气的甲烷化工艺，包括如下工艺过程：煤基合成气经过精脱硫、变换后新鲜气分两股新鲜气A、B，新鲜气A与第一甲烷化反应器出来的一反产品气换热后进入电加热器，再与循环气混合进入第一甲烷化反应器进行甲烷化反应，新鲜气B与一反产品气混合进入第二甲烷化反应器进行甲烷化反应，二反产品气分两部分：一部分经循环压缩机循环进入第一甲烷化反应器， 另一部分直接进入第三甲烷化反应器进行甲烷化反应，三反产品气冷凝分离后进入第四甲烷化反应器进行甲烷化反应，再经过冷凝分离，得到含甲烷95%以上的代用天然气。

所述的第一甲烷化反应器入口，由新鲜气A和循环气混合形成第一甲烷化反应器入口进气，一反产品气与新鲜气B混合后形成第二甲烷化反应器入口进气，二反产品气一部分以循环气进入第一甲烷化反应器，另一部分直接进入第三甲烷化反应器，第四甲烷化反应器入口进气是三反产品气。

所述的第二甲烷化反应器出口的二反产品气部分循环至第一甲烷化反应中，循环比为0.5-3.0。

所述的工艺采用迷宫式循环压缩机，进气温度为173℃-188℃。

所述进入每个甲烷化反应器入口温度为250-350℃，第一甲烷合成反应器出口温度为550℃~680℃，第二甲烷合成反应器出口温度为550℃~680℃，第三甲烷合成反应器出口温度为450℃~550℃，第四甲烷合成反应器出口温度为350℃~450℃。