[发明专利]一种短流程甲烷合成工艺

说明书

本发明公开了一种短流程甲烷合成工艺，将新鲜原料气与循环原料气混合，进入第一甲烷合成反应器进行甲烷化反应，所述的第一甲烷合成反应器为绝热反应器，原料气中的碳的氧化物部分转化为甲烷，得到富含甲烷的混合气，该混合气加热后进入第二甲烷合成反应器，所述的第二甲烷合成反应器为等温反应器，反应出口气甲烷干基含量95.5％以上，将其分为两部分，一部分作为循环原料气，与新鲜原料气混合进入第一甲烷合成反应器，另一部分经过冷却、气液分离，得到产品气。本发明方法工艺流程简单、易控，设备投资及运行成本低，可获得高品位蒸汽，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明属于煤气化综合应用技术领域，涉及一种短流程甲烷合成工艺，具体涉及一种煤基合成气制甲烷生产合成天然气的工艺。

背景技术

20世纪70年代，世界出现了自工业化革命以来的第一次石油供应危机，引起了各国政府和企业家对替代能源开发的广泛关注。1984年美国大平原煤气化厂凭借Lurgi工艺建立了世界上第一座由煤气化制SNG的大型商业化装置，日产天然气389万m³，已长期平稳运行了30余年，经济效益良好。丹麦TopsФe的TREMP^TM工艺先将煤气化得到合成气，然后经转化、净化进入3个串联的固定床反应器，第一个反应器出来的气体经过两级冷凝器冷却后，进入第二和第三反应，最后出来的气体就是合格的产品气。产品中甲烷的体积分数为94％～96％。为了回收和调节甲烷化反应中产生的热量，在该工艺中加入了蒸汽循环系统和循环压缩系统，从而充分利用了甲烷合成反应产生的热量。TopsФe在华参与的项目有新疆庆华、内蒙古汇能、新疆中电投。Davy的CRG工艺与TopsФe的TREMP^TM工艺类似，使用了四个固定床反应器，产品中甲烷的体积分数为94％～96％。Davy在华参与的项目有大唐克旗、大唐阜新、新汶伊犁。

我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家，开发煤制SNG技术进而建设煤制SNG装置在高油价时代具有较好的经济效益，对解决煤炭资源的综合利用问题，缓解中国油气资源短缺的现状，维护我国的能源安全均具有重要意义。

由于煤基合成气中CO含量较高，且甲烷化反应的放热量很大，当反应混合气体通过催化剂床层时温度急剧升高，过高的温度一方面会造成催化剂失活，另一方面会使反应平衡向左移动，不利于提高出口CH₄的浓度。可以采取如下方式来降低反应温升：

a)将从反应器出来的气体——出塔气经过冷却后分成两部分，其中一部分进入下一工序，另一部分作为循环气与新鲜气混合后进入反应器，以降低入塔气中CO含量，典型的工艺如丹麦Topsφe公司开发的高温甲烷合成工艺(TREMP^TM)。该工艺的缺点是为了达到合理的绝热温升，循环量通常比较大，造成能耗较大；

b)采用加入大量水蒸汽或CO₂的方式使进口原料气中CO含量降低以控制反应的绝热温升，典型的工艺如ICI公司开发的一次通过甲烷化工艺，该工艺的缺点是大量的蒸汽在稀释反应气体的同时也使反应的有效气体量相对较少，整体能量利用率较低；

c)采用多个反应器串联，前一反应器的出塔气经冷却后进入后一个反应器，分步反应分步移热，该工艺的缺点是对于高浓度CO的合成气，第一段的绝热温升较难控制，要制取高品质的代用天然气，所需串联的反应器数目多；

d)使用汽包移热的管壳式反应器；通过沸腾水的汽化带走大量的反应热，保持催化剂床层温度在较窄的温区内。反应器制造复杂，价格昂贵。

因此，如何优化SNG的工艺流程配置，成为提高SNG工厂效益的一个很有意义的课题。

发明内容

发明目的：提供一种短流程甲烷合成工艺，解决大型煤制SNG化工项目流程繁琐冗长的问题。