[发明专利]制取合成天然气的等温甲烷化工艺和装置

说明书

技术领域

本发明涉及以煤或生物质为原料制取合成天然气(SNG)的化工领域， 尤其涉及以煤(coal)或生物质(biomass)为原料制取合成天然气 (substitute/synthetic natural gas，SNG)的等温甲烷化工艺和装置(Isothermal Methanation Process and Plant，SIECC/IMP)。

背景技术

我国能源结构目前的现状为多煤、少气、缺油，并且以后也很难以改观。 目前煤碳的利用以直接做燃料为主，利用效率低；并且煤在燃烧过程中，排 放大量的废气、废渣等有害物质，污染空气、水域和土地，还有碳——化工 用的煤都是通过铁路和轮船运输，运输负荷重，占据了大量的运输资源，因 此集中建设多套大型的煤或生物质制甲烷气装置(单系列400万方/天SNG)， 将含碳原料气化后，气体经调质(调整气体成分)，净化(脱除甲烷化催化剂 有毒杂质)，再经过甲烷化，生产符合我国天然气管道输送标准的高热值清洁 合成天然气SNG势在必行。

将煤或生物质制甲烷气后有利于解决以下问题：

1)有利于缓解铁路公路运输的紧张状态；

2)改善城市居民生活环境及城市附近工业区的环境保护；

3)解决远离天然气产地的工矿企业对于清洁燃料的要求；

4)稳定天然气供应。

现阶段中华人民共和国国家标准GB17820-1999的天然气标准如表1：

表1

但是目前以煤或生物质为原料制取合成天然气(SNG)的甲烷化装置， 国外仅有一套工业化装置在运行，国内还没有示范装置、半工业化装置或工 业化装置运行。而采用国外已有的工业化装置制得的甲烷气存在着碳含量高、 氢含量高、热值低、质量差、热回收效率差及流程复杂等缺点，不符合中华 人民共和国国家标准GB17820-1999的天然气标准，因此现有甲烷化技术不能 满足国内对煤或生物质制取合成天然气(SNG)大型化装置建设的要求。有 鉴于此，本发明的IMP等温甲烷化工艺和装置(Isothermal Methanation Process and Plant)，意在自主开发我国的以煤或生物质制取合成天然气(SNG)的新 型节能环保甲烷化技术，对我国经济发展及协调利用我国各种能源和节能减 排具有特殊的意义。

合成气的甲烷化涉及的反应如下：

甲烷化反应：

CO+3H₂←→CH₄+H₂O+ΔH

CO₂+4H₂←→CH₄+2H₂O+ΔH

一氧化碳变换反应：

CO+H₂O←→CO₂+H₂+ΔH

上述反应同时进行。由上述反应式可以看出，甲烷化反应是强放热反应， 高温下加速反应，低温下有利于甲烷反应平衡向右移动。

由于甲烷化是一个氢和碳氧化物气体(称为合成气)反应的催化反应过 程，从煤或生物质制得的气体调质净化后成为制取SNG的合成气，含有很高 含量的碳氧化物和氢气，该气体在催化剂上反应生成甲烷，释放出大量的热 量，一次通过的绝热温升可以达到400～600℃，非常容易造成催化剂的失活和 反应器损坏。

甲烷化制合成天然气(SNG)的主要问题是控制催化剂的温升。目前的 一些甲烷化工艺，主要差别就是在温度控制所采用方法的不同上。最常用的 方法是气体循环法，即循环气体稀释合成气，反应热被大量工艺气作为显热 吸收。

目前甲烷化工艺中还存在如下问题：

1.现有的甲烷化工艺复杂，甲烷化反应器数量多，换热设备多；

2.循环量大，循环能耗高，单套大型化困难；

3.目前采用高温气体循环的甲烷化工艺，循环压缩机设计制造有难度， 运行条件苛刻，投资大；而采用冷气体循环的甲烷化工艺，高品位热量回收 减少，蒸汽产量降低(饱和或过热)，热利用效率下降。

发明内容