[发明专利]一种天然气转化生产合成气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成气的生产方法，具体涉及一种天然气转化生产合成气的方法。

背景技术

天然气(Natural Gas)是埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的可燃气，是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。天然气其主要成分为甲烷，热值为8500大卡/米，是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。天然气又称绿色能源，其二氧化硫、粉尘的排放量接近为零，二氧化碳的排放量也很低，几乎没有污染。加之天然气洁净,使用方便，用途广泛，因此天然气的开发利用是世界能源发展的重要方向,世界天然气能源时代正在向我们走来。

目前，各种天然气化工利用的新工艺和工业化过程的开发成为研究的热点领域。天然气化工在工业生产中的地位正逐渐得到加强。天然气的化工利用，可分为两条途径：一条是直接转化法，如甲烷氧化偶联制乙烯，选择氧化制甲醇和甲醛；另一条是间接转化，即先将天然气转化为合成气，合成气作为重要的化工原料，在工业上用途广泛，可用于合成液体燃料、甲醇和化肥等一系列重要的化学产品。

合成气，是以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气等转化而得。按合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨原料气、甲醇合成气(见甲醇)等。合成气的原料范围极广，生产方法甚多，用途不一,组成(体积％)有很大差别。

第二次世界大战前，合成气主要是以煤为原料生产的；战后，主要采用含氢更高的液态烃(石油加工馏分)或气态烃(天然气)作原料。70年代以来，煤气化法又受到重视，新技术及各种新的大型装置相继出现，显示出煤在合成气原料中的比重今后将有可能增长。但目前仍主要以天然气为原料生产合成气，包括天然气蒸汽转化法和天然气部分氧化法。

天然气蒸汽转化是以天然气为原料，与水蒸气反应制取合成气。1915年，A.米塔斯和C.施奈德用蒸汽和以甲烷为主的天然气，在镍催化剂上反应获得了氢。1928年，美国标准油公司首先设计了一台小型蒸汽转化炉生产出氢气。第二次世界大战期间，开始用此法生产合成氨原料气。然而，现在该工艺由于碳氢比偏高而难以满足合成甲醇、液体燃料和二甲醚产品的要求，且能耗较大、设备投资大，天然气耗费也大，因此难以实现大规模工业应用。

出于这种考虑，本发明的发明人进行了深入研究，目的是解决相关领域现有技术所暴露出来的问题，希望提供一种环保、节能和安全的天然气转化生产合成气方法。

发明内容

本发明的发明人通过大量试验和创造性劳动发现，在合成气制备过程中，天然气经两段转化及废热回收，不仅可以充分、合理地利用不同部位的余热加热所需的水蒸气，以达到余热回收的目的，而且还能够有效降低设备的能耗，节约能源，减轻了装置的负荷。

因此，本发明的目的是提供一种天然气转化生产合成气的方法，其包括如下步骤：

1)天然气与第一水蒸气混合后形成第一混合气；

2)将第一混合气送入一段转化炉中反应生成一段转化气；

3)一段转化气与天然气混合后在二段转化炉中反应生成二段转化气；

4)通过回收装置回收二段转化气的热量以用于再生产水蒸汽。

在本发明的方法中，一段转化炉的作用是将原料气与第一水蒸汽发生转化反应。在一段转化炉中发生的反应可能有：CH₄+H₂O＝CO+3H₂；CH₄+2H₂O＝CO₂+3H₂；CO+H₂O＝CO₂+H₂。

在本发明的方法中，所述一段转化炉具有耐高温、体积小、提高催化剂活性、利于转化反应特点，可以提高催化剂活性，有利于转化反应的进行果。

根据本发明的一个具体实施例，一段转化炉中反应温度可以为500～530℃，压力可以为2.8～3.2MPa；优选温度可以为510～520℃，压力为2.9～3.0MPa。由此可以进一步解决甲烷在一段炉出口含量小于10％的技术问题。