[发明专利]一种煤制备天然气合成气的方法与装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种煤制备天然气合成气的方法与装置。

背景技术：

天然气是环境友好型能源，当前我国天然气正处在高速发展时期，天然气消费量将大为增加，预计“十二五”未城镇天然气供应规模约1200亿立方米。煤是我国最主要的一次能源，约占总能源的三分之二，因煤是固体燃料，其中的杂质多，直接燃烧利用的污染严重。我国煤炭资源相对丰富，为了清洁、高效利用煤炭资源和保障天然气的供应，以煤为一次能源联合生产天然气和冷热能是煤利用的重要途径，对于煤的高效清洁利用和城镇天然气的保障供应均具有重要意义。

煤制天然气合成气是在煤用氧气进行气化的基础上，进行净化、一氧化碳变换，生成一氧化碳和氢气为一定比例的合成气，然后再镍系微球催化剂流化床反应器中进行甲烷化合成代用天然气，并利用甲烷合成过程放出的热能产生高压蒸汽，联供热能和生产空调用冷能。

煤的主要组分是碳，天然气的主要组分是甲烷，本发明是以煤为原料，用氧气(氧纯度为96%～99%)和水蒸气为气化剂，生成CO和H₂为主的合成气，采用微球镍系甲烷化催化剂，催化剂含镍量为10%～30%，催化剂颗粒直径为40～70微米，在流化床反应器中进行全甲烷化而制取天然气，过程主要反应包括：

燃烧反应：C+O₂=CO₂                      DH=-393.73kJ/mol

气化反应：C+H₂O=CO+H₂                   DH=+131.00kJ/mol

变换反应：CO+H₂O=CO₂+H₂                 DH=-41.24kJ/mol

合成反应：2CO+2H₂=CH₄+CO₂               DH=-246.39kJ/mol

          CO+3H₂=CH₄+H₂O                DH=-205.15kJ/mol

煤的气化过程为吸热过程，需由煤的部分燃烧放热来提供，合成甲烷过程放出约为生成甲烷化学热的四分之一热能。为提高甲烷的平衡浓度，合成反应温度为280～320℃，采用床层内部设有盘管换热器的流化床反应器，以移走合成反应热；从节能的角度出发，合成天然气过程的放热应充分利用，产生的蒸汽用作制冷、制热的能源。这就是由一次能源煤出发联产天然气和冷热能的基础。

CN200810056619.9专利为基于煤气化与甲烷化的燃气-蒸汽联合循环发电工艺，一氧化碳变换采用Co-Mo催化剂，甲烷化催化剂是耐硫的硫化钼催化剂，合成的天然气直接用于天然气-蒸汽联合循环发电。

“流化床甲烷化有关技术问题的探讨”（煤化工，1993/03）研究解决了镍系催化剂流化床水煤气部分甲烷化的关键性技术，其目的是进行水煤气的部分甲烷化，使煤气中一氧化碳含量降到10%以下的人工煤气标准的要求。

“流化床甲烷化催化剂通过小试鉴定”（煤气与热力，1987/06）研制了以镍为主要活性组分的常压流化床甲烷化催化剂。在实验室完成800小时运转试验，主要目的是考察催化剂的活性、抗结炭性及耐磨性。

“甲烷化催化剂及反应机理的研究进展”（过程工程学报，2011/05）重点介绍了甲烷化催化剂中活性组分、载体、助剂的种类及催化剂制备方法、条件对催化性能的影响。分析了甲烷化催化剂失活的原因及甲烷化反应的机理，得出床层飞温和积碳是造成催化剂失活的主要因素。提出了高比表面复合载体的研制、稀土元素的添加、新型耐硫、高热稳定性甲烷化催化剂的开发及流化床甲烷化工艺技术的改进等甲烷化研究方向。