專利名稱：一種合成天然氣工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成氣制天然氣領(lǐng)域，特別涉及在甲烷合成系統(tǒng)中能量回收利用和 減少設(shè)備投資的新工藝。
背景技術(shù)：
甲烷化技術(shù)最早應(yīng)用在合成氨工藝中以除去原料氣中的CO和CO2,四十年代， 國(guó)外就十分重視甲烷化制取合格的天然氣和城市煤氣技術(shù)的研究，通過部分或者全部甲 烷化使煤氣中大部分CO與H2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為高熱值的甲烷，從而生成SNG(替代天然氣)， 甲烷合成反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，絕熱溫升的數(shù)值大致為CO+3H2 — CH4+H20, UH029i = -206.2kJ / molC02+4H2 — CH4+2H20, UH029^ =-\65.OkJ/mol如何高效回收利用強(qiáng)放熱反應(yīng)放出的大量熱能是影響合成氣制天然氣經(jīng)濟(jì)性的 關(guān)鍵問題。目前，對(duì)于甲烷合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量采用兩種方式回收，一種方式利用多個(gè) 串聯(lián)反應(yīng)器間的換熱器回收反應(yīng)氣的熱量，這種方式設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅可以加熱熱 水產(chǎn)生蒸汽，還可以將蒸汽加熱轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽或高壓蒸汽，但存在一定的缺點(diǎn)，廢 鍋和輸送管道的材質(zhì)要求高、價(jià)格昂貴，如丹麥TOPSOE公司的US4130575和德國(guó) Metallgasellschaft公司的US4205961中采用反應(yīng)器間的換熱器回收反應(yīng)氣的熱量；一種方 式利用反應(yīng)器內(nèi)的換熱器回收反應(yīng)氣的熱量，包括催化劑床層間換熱器和催化劑床層內(nèi) 換熱器，其缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，反應(yīng)器需要大的換熱面積，成本過高，例如于利奇核子 研究設(shè)備公司的CN87102871A專利中反應(yīng)器為列管水冷反應(yīng)器，催化劑床中的合成氣相 繼流經(jīng)輸入?yún)^(qū)、高溫區(qū)(局部過熱區(qū))和氣體溫度顯著降低的輸出區(qū)，水冷卻劑轉(zhuǎn)換為過 熱蒸汽來回收甲烷化時(shí)產(chǎn)生的熱量，該工藝設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，對(duì)材質(zhì)要求很高，熱膨脹不 均勻，沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。在美國(guó)能源研究中心申請(qǐng)的專利US3967936中，采用單反應(yīng)器甲烷化工藝，甲 烷化反應(yīng)器中至少包含兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域，反應(yīng)區(qū)之間由一個(gè)非反應(yīng)的區(qū)域分開。在反應(yīng)區(qū) 裝填有催化劑，而非反應(yīng)區(qū)不裝填催化劑；反應(yīng)器出口氣體冷卻后經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮與部 分新鮮原料氣混合，從非反應(yīng)區(qū)側(cè)線進(jìn)入反應(yīng)器，進(jìn)而調(diào)節(jié)下一反應(yīng)區(qū)進(jìn)口反應(yīng)物料的 濃度和反應(yīng)的溫度。為了保證反應(yīng)后物料中甲烷的含量達(dá)到天然氣中甲烷含量的標(biāo)準(zhǔn)， 反應(yīng)溫度較低，或至少反應(yīng)器中的一部分在較低的操作溫度下進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。這樣 反應(yīng)器出口的溫度較低或中溫介質(zhì)的溫度較低，不利于甲烷化過程中所釋放化學(xué)能的回 收。本發(fā)明意在開發(fā)一種能耗低，易操作，回收熱能效率高和管道設(shè)備投資少的合 成氣生產(chǎn)天然氣的新工藝。

發(fā)明內(nèi)容
目前，合成氣生產(chǎn)甲烷的工藝已經(jīng)比較成熟，但是它們都或多或少的存在能量 回收效率不是很高，設(shè)備投資大，材質(zhì)要求高，操作復(fù)雜等問題，使得合成天然氣的經(jīng) 濟(jì)性較差。本發(fā)明提供一種合成天然氣工藝，利用循環(huán)氣、惰性氣體或者新鮮氣等與反應(yīng) 后氣體在甲烷合成反應(yīng)器底部混合，控制反應(yīng)器出口反應(yīng)氣的溫度，從而保證各股需要 進(jìn)入廢鍋的氣體溫度基本一致，針對(duì)使用多個(gè)甲烷合成反應(yīng)器的合成天然氣流程，本發(fā) 明采用一個(gè)中央廢鍋，使得產(chǎn)生的飽和蒸汽規(guī)格穩(wěn)定一致，有利于飽和蒸汽的收集和過 熱化的操作控制；同時(shí)從廢鍋出來的反應(yīng)氣溫度基本相同，有利于多級(jí)甲烷合成反應(yīng) 器的控制和操作，可以更好的避免反應(yīng)器內(nèi)溫度過高導(dǎo)致催化劑燒結(jié)和熱失活的發(fā)生， 減少因?yàn)樵蠚鉁囟冗_(dá)不到催化劑起活溫度，甚至鎳基催化劑活性組分Ni和一氧化碳 發(fā)生反應(yīng)形成羰基鎳的可能性。由于將各反應(yīng)器出口混合后氣體控制較低溫度(小于 550°C),可以降低對(duì)反應(yīng)器與廢鍋間連接管道材質(zhì)的要求，減少?gòu)U鍋和管道的投資。所述合成天然氣的原料氣為煤、重油或生物質(zhì)氣化得到的合成氣、焦?fàn)t氣等。所述合成天然氣工藝采用多個(gè)甲烷合成反應(yīng)器，通常為2 4個(gè)，優(yōu)選3 4 個(gè)。甲烷合成反應(yīng)器為絕熱式反應(yīng)器或換熱式反應(yīng)器中的一種或兩種，反應(yīng)器較佳選擇 為冷激式反應(yīng)器、冷管式反應(yīng)器中的一種或兩種。所述惰性氣體選自水蒸氣或氮?dú)獾?，更?yōu)選水蒸氣。所述合成天然氣工藝可以有循環(huán)氣，也可沒有循環(huán)氣。所述各股需要進(jìn)入廢鍋的氣體溫度通常為400 600°C，較佳為450 550°C。所述從中央廢鍋出來的反應(yīng)氣溫度通常為200 300°C，較佳為240 280°C?？傊景l(fā)明合成氣生產(chǎn)天然氣的新工藝減少?gòu)U鍋和管道的投資，同時(shí)可以提 高熱量回收效率，使得工藝操作控制更容易，最終增加合成氣制天然氣的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為實(shí)施例1工藝流程圖。圖2為實(shí)施例2工藝流程圖。圖3為實(shí)施例3工藝流程圖。圖4為實(shí)施例4工藝流程圖。圖中El、E2——換熱器；Rl、R2、R3、R4——反應(yīng)器；C——循環(huán)機(jī)。圖1為摘要附圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，以下僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例 而已，不能以此限定本發(fā)明的范圍。即凡是依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的變化與修飾， 皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。實(shí)施例1以魯奇爐典型煤氣化組成為例，組成體積百分含量如下
權(quán)利要求
1.一種合成天然氣工藝，其特征在于，利用循環(huán)氣、惰性氣體或新鮮氣與反應(yīng)后氣 體在甲烷合成反應(yīng)器底部混合，控制反應(yīng)器出口反應(yīng)氣的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，甲烷合成反應(yīng)器為2 4個(gè)，優(yōu)選3 4個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，合成天然氣工藝有循環(huán)氣或沒有循環(huán)氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，惰性氣體選自水蒸氣或氮?dú)?，更?yōu)選水蒸氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4所述任意一種工藝，其特征在于，各反應(yīng)器出口氣體溫度小于 550 "C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5所述任意一種工藝，其特征在于，多個(gè)甲烷合成反應(yīng)器的合成 天然氣流程中，采用一個(gè)中央廢鍋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述工藝，其特征在于，各甲烷合成反應(yīng)器需要進(jìn)入中央廢鍋的氣體溫度基本一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述工藝，其特征在于，各甲烷合成反應(yīng)器需要進(jìn)入中央廢鍋的氣 體溫度為400 600°C，較佳為450 550°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述工藝，其特征在于，從中央廢鍋出來的反應(yīng)氣溫度基本相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述工藝，其特征在于，從中央廢鍋出來的反應(yīng)氣溫度為200 300 0C，較佳為 240 280 °C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種合成天然氣工藝，利用循環(huán)氣、惰性氣體或者新鮮氣等與反應(yīng)后氣體在甲烷合成反應(yīng)器底部混合，控制反應(yīng)器出口反應(yīng)氣的溫度，從而保證各股需要進(jìn)入廢鍋的氣體溫度基本一致，針對(duì)使用多個(gè)甲烷合成反應(yīng)器的合成天然氣流程，本發(fā)明采用一個(gè)中央廢鍋，便于飽和蒸汽的收集和過熱化的操作控制；同時(shí)從廢鍋出來的反應(yīng)氣溫度基本相同，有利于多級(jí)甲烷合成反應(yīng)器的控制和操作；反應(yīng)器出口反應(yīng)氣溫度較低可以降低對(duì)反應(yīng)器與廢鍋間連接管道材質(zhì)的要求。本發(fā)明合成天然氣工藝節(jié)能技術(shù)可以減少?gòu)U鍋和管道的投資，提高熱量回收效率，使得工藝操作控制更容易，最終增加合成氣制天然氣的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C10L3/08GK102010767SQ20101056763
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉雪飛, ?？∈? 李歡, 次東輝, 蔣建明, 郭迎秋 申請(qǐng)人:新奧新能(北京)科技有限公司