[发明专利]一种高温甲烷合成系统及工艺

说明书

本发明涉及一种高温甲烷合成系统和工艺，所述系统包括一个或多个串并联的高温区主甲烷化反应器、与高温区主甲烷化反应器对应的一个或多个串并联的高温区副甲烷化反应器以及至少一个低温区甲烷化反应器，其中高温区主甲烷化反应器、高温区副甲烷化反应器同时连接合成气原料气进料管，高温区主甲烷化反应器出口连接高温区副甲烷化反应器的进口，高温区副甲烷化反应器的出口连接第一低温区甲烷化反应器的入口，其中，高温区主甲烷化反应器、高温区副甲烷化反应器交替地互换。

技术领域

本发明涉及一种高温甲烷合成系统及工艺。

背景技术

煤制天然气是指在气化炉中使用氧气/蒸汽将原料煤气化，所得粗煤气经变换反应调节氢碳比后，最后经过甲烷化装置生产合格的天然气。通过煤气化与甲烷化工艺制备天然气的热能利用率高、投资成本低、工艺简单，产品气可以并入现有的天然气管网，大大降低了运输成本，是实现煤炭高效清洁转化、缓解我国日益增长的天然气需求压力的重要手段，应该得到适度合理的发展。

目前，国内外主要煤制天然气技术均采用固定床甲烷化工艺，催化剂为负载型Ni基催化剂。由于甲烷化为强放热反应，故均在实际工业生产中通常采用多台固定床反应器串并联与气体循环系统相结合的方式来实现装置稳定运行。现有甲烷化工艺中通常包括高温反应区与低温反应区，高温反应区包括2-4个串并联方式连接的高温固定床甲烷化反应器。

目前工业上甲烷合成工艺高温反应区一般采用2-4个高温反应器串并联，连接方式固定。而甲烷合成反应负荷主要集中在第一个高温反应器，所以这一反应器承受的失活风险(如积炭、烧结、硫中毒)最大，从而导致高温反应区各个反应器中催化剂寿命不同步，催化剂更换以及开停车相对频繁。

在实际工业生产中，当遇到生产装置短期停车的状况，在装置的再启动过程中，需要对原料气重新加热升温，往往会消耗大量的时间和能量，这无异于延长了生产周期、增加了生产成本。

此外，第一个高温反应器床层内部的催化剂积碳或硫中毒后，需要更换新鲜催化剂，将会直接导致生产成本增加。

发明内容

本发明主要针对高温区主甲烷化反应器中催化剂容易失活(积碳、烧结、硫中毒)导致的催化剂寿命不同步、更换频繁的技术问题，提供了一种改进的甲烷化工艺和系统。

根据本发明的第一个方面，提供一种高温甲烷合成系统，其包括一个或多个串并联的高温区主甲烷化反应器、与高温区主甲烷化反应器对应的一个或多个串并联的高温区副甲烷化反应器以及至少一个(或多个串联的)低温区甲烷化反应器，其中高温区主甲烷化反应器、高温区副甲烷化反应器同时连接合成气原料气进料管，高温区主甲烷化反应器出口连接高温区副甲烷化反应器的进口，高温区副甲烷化反应器的出口连接低温区甲烷化反应器的入口，其中，高温区主甲烷化反应器、高温区副甲烷化反应器交替地互换。

进一步地，低温区甲烷化反应器是至少两个串联的低温区甲烷化反应器，在这种情况下，高温区副甲烷化反应器的出口连接第一低温区甲烷化反应器的入口，第一低温区甲烷化反应器的出口连接第二低温区甲烷化反应器的入口，依此类推。

所谓高温区主甲烷化反应器，是指在装置运行过程中，承担主要反应负荷的甲烷化反应器，其中的“高温区”是相对于“低温区”甲烷化反应器而言的，而“主”与“副”的概念是根据高温区甲烷化反应器所承担的负荷进行区分，一般，高温区主甲烷化反应器占新鲜原料气供气量的60-90％(体积)，高温区副甲烷化反应器占新鲜原料供气量的10-40％(体积)；或者进入每一个高温区主甲烷化反应器的原料气量是进入每一个高温区副甲烷化反应器的原料气量的1.5-5倍，优选2-4倍，按体积计算。