[发明专利]一种耐硫甲烷合成工艺和装置

说明书

本发明涉及一种耐硫甲烷合成工艺和装置，所述工艺包括如下步骤：经净化处理后的煤基合成原料气，与第一段耐硫甲烷合成反应器出口工艺气换热后，进入两段串并联的耐硫甲烷合成反应器，耐硫甲烷合成工段出口工艺气经换热冷凝后，在低温甲醇洗工段脱除工艺气中的H₂S及大部分酸性气体如CO₂等，工艺气经换热至所需温度后进入两段串并联的补充甲烷合成反应器甲烷化，然后进一步进入第三段低温甲烷合成反应器甲烷化，第三段低温甲烷合成反应器出口气经冷凝分离除水、变压吸附/深冷分离脱除CO₂后得到天然气产品。

技术领域

本发明涉及一种耐硫甲烷合成工艺和装置。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展以及城镇化步伐的加快，对天然气的需求日益增加。我国自身的天然气产量以无法满足生产生活需要，供需矛盾日益突出，进口依赖度逐年增大，对我国能源安全造成威胁。

截至目前，在我国已建成的煤制天然气示范项目中，大多采用的煤制天然气技术是先将煤在高温高压条件下气化得到富含粗合成气的原料气，再经变换、甲烷化过程制得天然气产品。由于整套天然气制取工艺需经煤气化、除尘脱油、耐硫变换、脱硫脱碳后进行甲烷合成工段，要经历高温、低温、再高温的过程，能量利用效率差，导致工艺复杂、投资较大、能耗高，项目经济性差。

近年来，耐硫甲烷合成技术成为研究的热点，由于该工艺所用原料气无需脱除硫化氢，可直接进行甲烷化反应，关键在于所使用的催化剂为Mo基双功能催化剂，该催化剂即具有甲烷化功能，又具有变换的功能，通过调节 入口补水量可以调控甲烷化反应与变换反应的反应强度，同时Mo基催化剂具有非常好的抗积碳性能，降低了该工艺对原料气氢碳比的要求，从而使得工艺流程得到极大简化，达到节能降耗的目的。

Mo基催化剂虽然具有很多优点，但该催化剂甲烷化活性并不高，因此后续工段需要采用活性更好的甲烷化催化剂进行补充甲烷化，通常使用的催化剂为镍基催化剂，该催化剂的使用特点是对原料氢碳比和硫含量要求严格，需经过耐硫变换以及脱硫脱碳、精脱硫等工艺，以调节合成原料气的氢碳比在3.0以上，同时将合成原料气中的硫含量降至0.1ppm以下，导致设备投资和运行费用大大增加。

(1)通常煤气化出口气的氢碳比低于2.0，传统甲烷化工艺技术要求原料气的氢碳比在 3.0以上，因此需要通过水汽变换过程提高原料气的氢碳比，设备投资和装置运行费用增加。

(2)水汽变换过程只能对原料气的氢碳比进行调整，而耐硫甲烷合成过程，除可以调整氢碳比外，还可以进行甲烷合成反应，由于甲烷化反应为缩体积反应，可减小后续低温甲醇洗工段与补充甲烷化工段的操作负荷，从而降低设备投资与运行费用。

(3)传统甲烷合成工艺，有效气(指CO与H₂)集中在第一/二段高温反应器中进行反应，反应热效应显著，为保证镍基催化剂高效稳定的催化活性，工业上通常采用多股进料的方式，循环比达到1.0-1.5，由此增加了循环压缩机的电耗。相对而言，采用耐硫甲烷合成工艺，在前面的耐硫甲烷合成反应器中进行部分甲烷化反应，可以减小后续补充甲烷化的操作负荷，延长补充甲烷化催化剂的使用寿命，降低循环压缩机的运行费用。

发明内容