[发明专利]合成气生产甲烷新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及碳氧化物甲烷化领域，特别涉及合成气生产甲烷的新工艺。

背景技术

甲烷化技术最早应用在合成氨工艺中以除去原料气中的CO和CO₂，40年代， 国外就十分重视甲烷化制取合格的天然气和城市煤气技术的研究，70年代初， 国内外进行了以煤、石脑油等制替代性天然气的研究，开发了一系列工艺过程。 近年来由于甲烷化催化剂的不断改进，使工艺过程更趋完善。

丹麦Tops φe公司申请的专利US4130575采用多个反应器串联，这些反应 器均为绝热反应器，通过循环来调节第一个甲烷化反应器中进口物料各组分的含 量，进而调节反应温度，循环机的使用温度在150℃左右。通过调节最后一个反 应器的操作温度，保证反应后物料中甲烷的含量。产品与新鲜原料气进行热交换 从而达到回收热量目的。此工艺流程复杂，循环机的使用温度高，对设备材质要 求高，由于是绝热反应工艺，其热量只能通过加大动力消耗来回收，热能回收效 率低。

英国ICI公司通过开发耐高温的甲烷化催化剂，采用多个反应器串联气体一 次通过甲烷化工艺，去掉了气体循环，使第一甲烷化炉在近750℃高温下进行操 作，对催化剂的性能要求严格，设备制造成本很高，同时要严格控制总气中一氧 化碳的含量，操作危险系数较大。

于利奇核子研究设备公司申请的专利CN 87102871 A涉及在催化剂存在下以 含CO、CO₂和H₂的合成气催化甲烷化方法。在该方法中，催化剂床中的合成气 相继流经输入区、高温区(局部过热区)和气体温度显著降低的输出区；冷却剂 转换为热蒸汽是通过将甲烷化时产生的热量传递，其特征在于冷却剂在催化床的 输出区在沸点温度时蒸发，生成的蒸汽在局部过热区中过热。该工艺中甲烷化反 应器中有分开配置的蒸发器、过热器和甲烷化反应器输入区的附加冷却器。该工 艺设备相对复杂，且对材质要求很高。

在美国能源研究中心申请的专利US3967936中，甲烷化反应器中至少包含 两个反应区域，反应区之间由一个非反应的区域分开。在反应区装填有催化剂， 而非反应区不装填催化剂；反应器出口气体冷却后经过压缩机压缩与部分新鲜原 料气混合，从非反应区侧线进入反应器，进而调节下一反应区进口反应物料的浓 度和反应的温度。此方法操作是对反应循环方式的改进，意在减小循环量，但对 热量回收效率等同于单纯绝热循环反应方式，能源回收效率低。

本发明意在开发一种能耗低，易操作，回收热能高的新型合成气生产甲烷的 新工艺。

发明内容

目前，合成气生产甲烷的工艺已经很成熟，但是它们都或多或少的存在没有 充分利用能量，造成一定经济损失，成本高、工艺条件苛刻等问题。

本发明的目的是提供新的便于工艺切换，充分利用能量的甲烷化工艺，以解 决现有技术存在的问题。

本发明原料来自合成甲醇的弛放气、煤基合成气等。

利用合成甲醇弛放气中残余的有效成分H₂、CO和CO₂合成甲烷，可以增加 原料气的利用率，并与原料气体中含的甲烷一同回收。由于适用于本工艺目的产 物为甲烷，对于合成甲醇的弛放气只要H₂/CO比适宜就可以合成符合要求的产 品甲烷，这样也就对变换工段的要求也不高。

甲醇弛放气各组分含量范围：

煤基合成气气化方式可以是传统煤气化、地下煤气化、催化气化、焦炉气、 德士古气化等，各组分含量范围：

因为CO₂也可以进行甲烷化反应，所以对脱碳工段的要求不高，煤基合成 气中CO₂的含量范围可以扩大到1～20％，可以补充H₂，直到H₂的量满足CO、 CO₂在甲烷化反应中所消耗的H₂的量。

若合成气中的H₂的量多于CO和CO₂在甲烷化反应中所能消耗的H₂的量， 可以不经过变换、脱碳工序，直接补充充足的CO₂，直到CO₂在甲烷化反应过 程中能把多余的H₂消耗掉。

采用本发明的工艺技术路线，可以实现工艺切换，有效利用能量，提高经济 效益，具有很强的竞争优势。