一種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝的製作方法

2023-05-28 18:59:51

一種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝的製作方法
【專利摘要】本發明屬於化工領域，具體為一種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝。該工藝為首先將甲烷化反應器分為兩部分，然後將淨化後的原料氣分成若干股進入以串-並聯組合方式連接的前部分甲烷化反應器；前半部分各級甲烷化反應器內部從第一反應器出口氣以串聯方式進入其它級甲烷化反應器或分成若干股進入以串-並聯組合方式連接的其它級反應器等等步驟。由於本發明採用水蒸氣作為進甲烷化反應器原料氣的稀釋氣，主要針對高溫甲烷化反應工藝，甲烷化反應工藝中副產蒸汽的壓力大於甲烷化反應壓力，可以直接加入到甲烷化反應器的原料氣中。本工藝不需要循環氣壓縮機，節約了生產成本。由於甲烷化反應是強放熱反應，為了提高能量利用率，加入水蒸氣量減少。
【專利說明】一種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝

【技術領域】
[0001] 本發明屬於化工領域，涉及富含H2、C0和C02氣體的甲烷化工藝的方法，具體為一 種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝。

【背景技術】
[0002] 我國化石能源以煤炭為主要資源，煤炭貯量極為豐富，目前已探明的保有貯量高 達1. 28萬億噸以上。石油、天然氣資源則相對貧乏，國內油氣產量遠不能滿足國民經濟高 速發展的需要，必須依靠大量進口來支撐我國經濟的發展。我國進口原油已由2000年的 0. 7億噸增長到2011年的2. 5億噸，2012年對境外石油進口依存度達到55. 2%。2009年我 國天然氣產量為830X 108Nm3,與2008年相比增長7. 7%。表觀消費量為874. 5X 108Nm3,同 比增長11. 5%。與國內產量相比，國內天然氣供需缺口達40多億立方米。2010年我國天然 氣同比增長12. 1%，達到944. 8X 108Nm3。到2020年天然氣需求量將超過2000X 108Nm3左 右，而產量僅有1000 Xl〇8Nm3,另外的50%將依賴進口或者其他替代能源。逐年遞增的油氣 需求，必將成為制約我國經濟發展的瓶頸。因此，充分利用我國豐富的煤炭資源優勢，大力 發展煤化工高新技術產業，生產煤制天然氣，對於優化我國能源結構，保證我國能源安全， 保證國民經濟的可持續發展，迫在眉睫，勢在必行。可以預見未來無論是國內還是國外對天 然氣的需求都存在很大缺口，因此利用煤炭資源生產合成天然氣將是一種現實的天然氣補 充來源。
[0003] 現有的煤制SNG或LNG的甲烷化技術通常使用多個氣體循環機和熱交換器的複雜 裝置來控制溫度，採用的循環氣高達5倍之多，不僅增加了設備投資還大幅度增加了循環 氣電耗。研發無循環氣、更節能、成本較低的工藝實屬迫切。
[0004]


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於針對以上技術問題，提供可大大縮短升溫時間和還原時間的， 節約大量高純氮氣的，使還原過程更靈活，控制更容易，有利於各級甲烷化催化劑還原更均 衡、徹底的一種煤制天然氣甲烷化催化劑兩段式升溫還原方法。
[0006] 本發明目的通過下述技術方案來實現： 一種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，該工藝首先將甲烷化反應器分為兩部分，然 後將淨化後的原料氣分成若干股進入以串-並聯組合方式連接的前部分甲烷化反應器；前 半部分各級甲烷化反應器內部從第一反應器出口氣以串聯方式進入其它級甲烷化反應器 或分成若干股進入以串-並聯組合方式連接的其它級反應器；隨後將半前部分甲烷化反應 器的出口氣以串聯方式進入後半部分甲烷化反應器，或分成若干股進入以串-並聯組合方 式連接的後半部分甲烷化反應器；對進入第一臺甲烷化反應器的原料氣用水蒸氣進行稀 釋；對倒數第二個甲烷化反應器後的甲烷化氣體進行冷卻，冷凝分離水，再進入最後一個甲 烷化反應器，把殘餘的C0和C0 2反應掉，然後進行分離或液化，得到SNG或LNG。
[0007] 所述的將淨化後的原料氣分成N股，優選分為2股、3股或4股。
[0008] 所述的將甲烷化反應器分為兩部分，前半部分中含有3臺或4臺甲烷化反應器，後 半部分含有3臺或4臺甲烷化反應器。
[0009] 對進入第一甲烷化反應器的原料氣用水蒸氣進行稀釋，水蒸氣用量為進入第一甲 烷化反應器原料氣摩爾量的20%?60%。
[0010] 該工藝中，對進入第一臺甲烷化反應器的氣體溫度為260°c?320°C，最後一臺甲 烷化反應器後氣體冷卻溫度為40°C?80°C。 toon] 一種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，作為優選，該工藝具體包括以下步驟：首 先將甲烷化反應器分為兩部分，即前半部分和後半部分，前半部分的甲烷化反應器為4臺， 即第一甲烷化反應器、第二甲烷化反應器、第三甲烷化反應器和第四甲烷化反應器；後半部 分包括3臺甲烷化反應，即第五甲烷化反應器、第六甲烷化反應器和第七甲烷化反應器。採 用煤氣化並淨化後的氣體作為原料氣，然後將原料氣分成四股，第一股經加熱後與過熱水 蒸氣混合，溫度為270°C?320°C，壓力為2. 0 MPa?4. 0 MPa，然後進入第一甲烷化反應器 中，進行甲烷化反應。經第一甲烷化反應器反應後的氣體進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽， 然後第一甲烷化反應器出口氣被分為兩組，其中一組第一甲烷化反應器出口氣與第二股原 料氣混合進入第二甲烷化反應器中進行甲烷化反應，溫度為260°C?320°C ;出第二甲烷化 反應器的氣體進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽；另一組第一甲烷化反應器出口氣與第三股 原料氣和第二甲烷化反應器出口氣三者混合進入第三甲烷化反應器中進行甲烷化反應，溫 度為260°C?320°C ;第三甲烷化反應器的氣體進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽。經換熱後 的第三甲烷化反應器出口氣，與來自原料氣的其中一股混合後，溫度260°C?320°C，進入 第四甲烷化反應器，第四甲烷化反應器出口氣經廢鍋換熱後經氣液分離，以260°C?320°C 進入第五甲烷化反應器。此時已有90%以上C0+C02反應掉。第五甲烷化出口氣經換熱後 以260°C?320°C進入第六甲烷化反應器，出第六甲烷化反應器的氣體進行換熱後再冷卻 至40°C?80°C，在分離器中分離水後，加熱到260°C進入第七甲烷化反應器，進一步將殘餘 的C0和0) 2反應掉。
[0012] 與現有技術相比，本發明的有益效果為： (一)、本發明採用水蒸氣作為進甲烷化反應器原料氣的稀釋氣，而不用已甲烷化後的 氣體返回作為稀釋氣，主要針對高溫甲烷化反應工藝，由於甲烷化反應工藝中副產蒸汽的 壓力大於甲烷化反應壓力，可以直接加入到甲烷化反應器的原料氣中。水蒸氣作為稀釋氣 優點是：其一，省去循環氣壓縮機，節省了投資，減少了動力消耗；其二，原料氣中含有c 2以 上烴類，對於高溫甲烷化反應，加入水蒸氣可以抑制結炭反應，保護了催化劑。
[0013] (二)、本工藝不需要循環氣壓縮機，節約了生產成本。
[0014] (三)、由於甲烷化反應是強放熱反應，為了提高能量利用率，加入水蒸氣量應儘量 少。本發明採取原料氣分多股進入甲烷化反應器，僅在進第一甲烷化主反應器的原料氣中 加入水蒸氣，這樣使蒸汽用量相對大大減少，提高了甲烷化工藝的能量利用率。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明中實施例1的工藝流程示意圖。
[0017] 圖2為本發明中實施例2的工藝流程示意圖。
[0018] 圖3為本發明中實施例3的工藝流程示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 本說明書(包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可 被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列 等效或類似特徵中的一個例子而已。
[0020] 實施例1 : 本工藝流程示意圖見圖1，如圖1所示，壓力3. 5MPa，100000Nm3/h的合成氣且合成氣中 總硫小於0. lppm, f= (nH2-nro2) / (η^+η^) =3. 005,具體合成氣的組成(體積百分數，溼基）為： H2 :64· 00, CH4 :14· 30, CO :20· 10, C02 :0· 90, Ν2 :0· 50, Η20 :0· 30。原料氣按照 0· 22、0· 15、 0. 25、0. 38分成四股分別進入第一、第二、第三、第四甲烷化反應器，第一股經加熱後與過熱 水蒸氣混合溫度為300°C，然後進入第一甲烷化反應器中，進行甲烷化反應。經第一甲烷化 反應器反應後的氣體為溫度630°C，然後進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽，然後第一甲烷化 反應器出口氣再按照體積比為7 :3的比例分二組分別進入第二、第三甲烷化反應器，其中 一組第一甲烷化反應器出口氣與第二股原料氣混合後進入第二甲烷化反應器中進行甲烷 化反應，溫度為300°C，第二甲烷化反應器的氣體的溫度為630°C進入廢鍋進行冷卻，並副 產蒸汽；另一組來自第一甲烷化反應器出口氣與第三股原料氣和第二甲烷化反應器出口氣 三者混合後進入第三甲烷化反應器中進行甲烷化反應，溫度為300°C，第三甲烷化反應器的 氣體的溫度為630°C，進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽。第四股原料氣和第三甲烷化反應器 出口氣混合，後進入第四甲烷化反應器中進行甲烷化反應，混合溫度為300°C ;第四甲烷化 反應器出口氣的溫度為630°C，經廢鍋及物料換熱後溫度為150°C，進入氣液分離器，分離 後再經過加熱至溫度為300°C進入第五甲烷化反應器。此時已有90%以上C0+C0 2發生反應。 第五甲烷化出口氣溫度為530°C，經換熱後以300°C進入第六甲烷化主反應器，出第六甲烷 化反應器的氣體溫度為395°C，進行換熱後再冷卻至40°C?80°C，在分離器中分離水後， 加熱到260°C進入第七甲烷化反應器的溫度為320°C，進一步將殘餘的C0和C0 2反應掉。
[0021] 實施例2: 本實施例根據圖2所示工藝流程進行，壓力3. 5MPa，100000Nm3/h的合成氣且合成氣中 總硫小於〇· lppm，005,具體合成氣的組成(體積分數，溼基）為： H2 :64· 00, CH4 :14· 30, C0 :20· 10, C02 :0· 90, N2 :0· 50, H20 :0· 30。原料氣按照 0· 32、0· 21、 0. 47分成三股分別進入第一、第二、第三甲烷化反應器，第一股經加熱後與過熱水蒸氣混合 (溫度260°C)，然後進入第一甲烷化反應器中，進行甲烷化反應。經第一甲烷化反應器反應 後的氣體(溫度650°C)進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽，然後第一甲烷化反應器出口氣再按 照0.6、0. 4的比例分兩股分別進入第二、第三甲烷化反應器，其中一股第一甲烷化反應器 出口氣與第二股原料氣混合(溫度260°C )後進入第二甲烷化反應器中，進行甲烷化反應，第 二甲烷化反應器的氣體(溫度650°C)進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽；另一股第一甲烷化 反應器出口氣與第三股原料氣和第二甲烷化反應器出口氣三者混合，溫度260°C，進入第三 甲烷化反應器中，進行甲烷化反應，第三甲烷化反應器的氣體(溫度650°C )進入廢鍋進行冷 卻，並副產蒸汽。經換熱後的第三甲烷化反應器出口氣300°C再按照0. 4、0. 6的比例分為 兩股分別進入第四、第五甲烷化反應器。第四甲烷化反應器出口氣(溫度510°C)經廢鍋換 熱後與一股來自第三甲烷化反應器出口氣混合後進入第五甲烷化反應器。此時已有90%以 上C0+C02發生反應。第五甲烷化出口氣(溫度465°C)經換熱後以300°C進入第六甲烷化 主反應器，出第六甲烷化主反應器的氣體(溫度359°C )進行換熱後再冷卻至40°C?80°C， 在分離器中分離水後，加熱到260°C進入第七甲烷化反應器(溫度320°C )，進一步將殘餘的 CO和C02反應掉。
[0022] 實施例3 : 本實施例按照圖3所示工藝流程，壓力3. 5MPa，100000Nm3/h的合成氣且合成氣中總 硫小於〇· lppm，f= 0^2-1^)/(1^+1^)=3. 005,具體合成氣的組成（體積分數，溼基）為：H2 : 64. 00, CH4 :14· 30, CO :20· 10, C02 :0· 90, N2 :0· 50, H20 :0· 30。原料氣按照 0· 32、0· 21、0· 47 分成三股分別進入第一、第二、第三甲烷化反應器，第一股經加熱後與過熱水蒸氣混合(溫 度260°C)，然後進入第一甲烷化反應器中，進行甲烷化反應。經第一甲烷化反應器反應後 的氣體(溫度650°C)進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽，然後第一甲烷化反應器出口氣再按照 0. 6、0. 4的比例分兩股分別進入第二、第三甲烷化反應器，其中一股第一甲烷化反應器出口 氣與第二股原料氣混合(溫度260°C )後進入第二甲烷化反應器中，進行甲烷化反應，第二甲 烷化反應器的氣體(溫度650°C)進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽；另一股第一甲烷化反應 器出口氣與第三股原料氣和第二甲烷化反應器出口氣三者混合，溫度260°C，進入第三甲烷 化反應器中，進行甲烷化反應，第三甲烷化反應器的氣體(溫度650°C )進入廢鍋進行冷卻， 並副產蒸汽。經換熱後的第三甲烷化反應器出口氣300°C進入第四甲烷化反應器。第四甲 烷化反應器出口氣(溫度520°C)經廢鍋換熱後至300°C進入第五甲烷化反應器。此時已有 90%以上C0+C02發生反應。第五甲烷化出口氣(溫度470°C)經換熱後以300°C進入第六甲 烷化主反應器，出第六甲烷化主反應器的氣體(溫度365°C)進行換熱後再冷卻至40°C? 80°C，在分離器中分離水後，加熱到260°C進入第七甲烷化反應器(溫度310°C )，進一步將 殘餘的C0和0)2反應掉。
【權利要求】
1. 一種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在於：首先將甲烷化反應器分為兩 部分，然後將淨化後的原料氣分成若干股進入以串-並聯組合方式連接的前部分甲烷化反 應器；前半部分各級甲烷化反應器內部從第一反應器出口氣以串聯方式進入其它級甲烷化 反應器或分成若干股進入以串-並聯組合方式連接的其它級反應器；隨後將半前部分甲烷 化反應器的出口氣以串聯方式進入後半部分甲烷化反應器，或分成若干股進入以串-並聯 組合方式連接的後半部分甲烷化反應器；對進入第一臺甲烷化反應器的原料氣用水蒸氣進 行稀釋；對倒數第二個甲烷化反應器後的甲烷化氣體進行冷卻，冷凝分離水，再進入最後一 個甲烷化反應器，把殘餘的C0和C0 2反應掉，然後進行分離或液化，得到SNG或LNG。
2. 根據權利要求1所述的煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在於：所述的將 淨化後的原料氣分成若干股，分為2股、3股或4股。
3. 根據權利要求1所述的煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在於：對進入第 一甲烷化反應器的原料氣用水蒸氣進行稀釋，水蒸氣用量為進入第一甲烷化反應器原料氣 摩爾量的20%?60%。
4. 根據權利要求1所述的煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在於：進入第一 臺甲烷化反應器的氣體溫度為260°C?320°C，最後一臺甲烷化反應器後氣體冷卻溫度為 40°C?80°C。
5. -種煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在於：該工藝具體包括以下步驟： 首先將甲烷化反應器分為兩部分，即前半部分和後半部分，前半部分的甲烷化反應器為4 臺，即第一甲烷化反應器、第二甲烷化反應器、第三甲烷化反應器和第四甲烷化反應器；後 半部分包括3臺甲烷化反應，即第五甲烷化反應器、第六甲烷化反應器和第七甲烷化反應 器；採用煤氣化並淨化後的氣體作為原料氣，然後將原料氣分成四股，第一股經加熱後與過 熱水蒸氣混合，溫度為270°C?320°C，壓力為2. 0 MPa?4. 0 MPa，然後進入第一甲烷化反 應器中，進行甲烷化反應；經第一甲烷化反應器反應後的氣體進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸 汽，然後第一甲烷化反應器出口氣被分為兩組，其中一組第一甲烷化反應器出口氣與第二 股原料氣混合進入第二甲烷化反應器中進行甲烷化反應，溫度為260°C?320°C ;出第二甲 烷化反應器的氣體進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽；另一組第一甲烷化反應器出口氣與第 三股原料氣和第二甲烷化反應器出口氣三者混合進入第三甲烷化反應器中進行甲烷化反 應，溫度為260°C?320°C ;第三甲烷化反應器的氣體進入廢鍋進行冷卻，並副產蒸汽；經換 熱後的第三甲烷化反應器出口氣，與來自原料氣的其中一股混合後，溫度260°C?320°C， 進入第四甲烷化反應器，第四甲烷化反應器出口氣經廢鍋換熱後經氣液分離，以260°C? 320°C進入第五甲烷化反應器；此時已有90%以上0)+0) 2反應掉；第五甲烷化出口氣經換熱 後以260°C?320°C進入第六甲烷化反應器，出第六甲烷化反應器的氣體進行換熱後再冷 卻至40°C?80°C，在分離器中分離水後，加熱到260°C進入第七甲烷化反應器，進一步將殘 餘的CO和0) 2反應掉。
6. 根據權利要求1或權利要求5所述的煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在 於：所述的將甲烷化反應器分為兩部分，前半部分中含有3臺或4臺甲烷化反應器，後半部 分含有3臺或4臺甲烷化反應器。
7. 根據權利要求1或權利要求5所述的煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在 於：所述的前半部分甲烷化反應器中最後一臺甲烷化反應器的出口氣直接進入後半部分甲 烷化反應器中的第一臺甲烷化反應器中。
8.根據權利要求1或權利要求5所述的煤制合成氣無循環氣的甲烷化工藝，其特徵在 於：所述的前半部分甲烷化反應器中最後一臺甲烷化反應器的出口氣分為兩組，第一組直 接進入後半部分甲烷化反應器中的第一臺甲烷化反應器中，另外一組氣體與後半部分甲烷 化反應器中的第一臺甲烷化反應器的出口氣混合後進入後半部分甲烷化反應器中的第二 臺甲烷化反應器。
【文檔編號】C10L3/08GK104152201SQ201410413845
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】宋鵬飛, 楊寬輝, 姚輝超, 劉玉成, 侯建國, 何洋, 王秀林, 馮雅晨, 高振, 李敬, 穆祥宇, 鄭珩, 張瑜, 張新波 申請人:中海石油氣電集團有限責任公司, 西南化工研究設計院有限公司