[发明专利]一种代用天然气的制备方法和制备装置

说明书

本发明提供一种代用天然气的制备方法和制备装置，方法包括如下步骤：1)部分原料气进入第一固定床反应器进行第一甲烷化反应后，生成第一反应气，第一反应气经第一换热后生成第一低温气；2)第一低温气和剩余原料气进入第二固定床反应器进行第二甲烷化反应后，生成第二反应气，第二反应气经第二换热后生成第二低温气；3)部分第二低温气进入第一浆态床反应器进行第三甲烷化反应，生成第三反应气，剩余第二低温气进入第二浆态床反应器进行第四甲烷化反应，生成第四反应气；4)合并第三反应气和第四反应气生成混合反应气，对混合反应气进行气液分离操作，得到代用天然气。本发明减少了反应过程的设备投资和相应能耗，提高了一氧化碳的转化率。

技术领域

本发明涉及合成气制备代用天然气的技术，尤其涉及一种代用天然气的制备方法和制备装置，属于天然气技术领域。

背景技术

代用天然气(也称煤制天然气)是我国现代煤化工开发的重点领域之一，国家统计局公布的数据显示，我国2016年1-7月煤制天然气产量达8.2亿立方米，同比增长21.1％。煤制天然气工艺的核心是合成气甲烷化环节。然而作为强放热反应，甲烷化过程中每一个百分点的CO转化可以引起74℃的绝热温升。因此，如何有效控制甲烷化过程中反应床层温度，从而防止床层飞温引起催化剂失活是工艺设计的重点。

现有的甲烷化技术大多采用多台固定床甲烷化反应器串联进行，为防止反应器床层过热，通过高达5倍的循环气将煤制合成气中的CO由25％左右稀释到2～4％，配置循环压缩机及相应的管道等大大增加了系统的设备投资，还显著增加了循环压缩机工作电耗，提高了设备运行费用。因此，为了降低设备运行费用，通过工艺技术的改进，减少甚至完全无需尾气循环以改善甲烷化工艺经济性是煤制天然气技术研究的热点。其中，浆态床反应器具有反应温度均匀、移热快的特点。强放热的甲烷化反应采用浆态床反应器与固定床反应器相结合的工艺具一定的优势。

专利号为CN104212507A中发明了一种浆态床与固定床结合的甲烷化方法。包括如下步骤：(1)将甲烷化原料气分成两股原料气，一股原料气与水蒸气混合后的混合气进入浆态床甲烷化系统中,在浆态床甲烷化系统底部设置的气体均布器的作用下，上升进入悬浮有浆态床甲烷化催化剂的浆液中，在浆态床甲烷化催化剂的作用下进行甲烷化反应；(2)浆态床甲烷化系统的出口气经换热后经气液分离器分离冷凝水,然后与另一股原料气混合后进入固定床甲烷化反应系统中，在固定床甲烷化催化剂的作用下进行甲烷化反应，即实现对甲烷化原料气的甲烷化。另外，专利号为CN102690157A中发明了一种合成气合成甲烷的工艺是按浆态床甲烷化催化剂：溶剂重量比为10～

30:100,将浆态床甲烷化催化剂装入浆态床反应器中，以合成气为原料，发生甲烷化反应,由反应生成的甲烷和未转化的CO、H₂、反应生成的少量二甲醚以及水汽变换反应生成的CO₂等组成浆态床出口气体；浆态床出口气体等压、等温进入装有固定床甲烷化催化剂的固定床反应器，使未转化的H2、CO、水汽变换反应生成CO₂等再次发生甲烷化反应、少量二甲醚裂解生成甲烷,固定床出口气体经冷凝分离后得到产品气体，CO转化率(mol％)97.6，产品气组成(mol％)为：CO:2.87，H₂:1.02，CO₂：1.85，CH₄：94.26。

上述两个专利中，甲烷化合成反应在两个串联的浆态床和固定床反应器中进行。合成气首先进入浆态床反应，强放热的绝大部分甲烷化反应在浆态床进行，浆态床甲烷化反应器内呈高空速状态，势必会造成催化剂的磨损和消耗；浆态床反应器尾气产生副反应，生成部分低碳烃类、少量含氧化合物；浆态床在组合工艺前端，浆态床温度270～380℃，固定床在后端，固定床温度较高350～500℃，甲烷化反应是强放热反应，温度高不利于向CH₄生成的方向进行，因此CO转化率、CH₄选择性不高。

发明内容