[发明专利]一种利用焦炉气制备合成天然气的甲烷化反应工艺

说明书

技术领域

本发明涉及利用焦炉气制备合成天然气技术领域，尤其是一种利用焦炉气 制备合成天然气中的甲烷化反应工艺。

背景技术

我国是焦炭生产大国，年生产能力在3亿吨之上，每吨焦炭副产焦炉气约 400m³。除自用、民用和商用燃料外，每年放散的煤气超过200亿m³。

焦炉煤气成分较为复杂，其中CH₄，CO，CO₂，CnHm体积分数近40％，且氢 含量高(体积分数54％-59％，下同)，通过甲烷化反应，即：

   CO+3H₂＝CH₄+H₂O

及 CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O

可将绝大部分CO、CO₂转化为甲烷，这样焦炉气就变成主要含CH₄、H₂和少 量N₂的气体混合物，通过变压吸附气体分离技术可得符合“天然气”国家标准 GB 17820 1999及“车用压缩天然气”的国家标准GB 18047 2000中规定的合 成天然气或压缩天然气。

在焦炉气制合成天然气技术中，CO和CO₂的甲烷化反应是一个重要步骤。 CO、CO₂甲烷化反应是强放热反应，温升比较大，据“焦炉气生产压缩天然气 技术经济分析”(“煤化工”杂志，2007年No 3，P12)一文报道，每1％CO的 绝热温升约为63℃，每转化1％CO₂的绝热温升约为50.5℃。由于是强放热反 应，温度升高使平衡转化率降低，采用一级反应出口温度可高达600℃以上， CO、CO₂转化率达不到要求，因此控制甲烷化反应温度至关重要。为此在“一 种利用焦炉气制备合成天然气的方法”专利(公开号CN 1919985)中，采用稀 释法或两段转化法。稀释法将焦炉气中CO+CO₂浓度用已甲烷化的混合气稀释到 1/3，即循环比为2(循环比是指用来稀释的已甲烷化的气量与焦炉气中量之 比)，而采用两段转化由于进口CO、CO₂浓度高，一段出口温度高达600℃以上， 仍然对甲烷化反应不利。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用焦炉气制备合成天然气的甲烷化反应工艺， 利用该工艺使甲烷化反应出口的气体温度控制在450℃以下，同时使循环压缩 功耗大大降低。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用焦炉气制备合成天然气的甲烷化反应工艺：采用多级甲烷化反应 器进行多级甲烷化反应，控制每一级甲烷化反应器的入口气体温度及入口气体 中CO+CO₂总含量≤3.5％(体积分数，下同)，使甲烷化后每一级甲烷化反应器 的出口气体温度均≤450℃。

优选的方案，可采用下述方法控制每一级甲烷化反应器的入口气体中 CO+CO₂总含量≤3.5％：

(1)第一级甲烷化反应器的入口气体控制：

采用部分已经甲烷化并冷却后的甲烷化气(产品气)作为返回气加入到原 料焦炉气中，稀释至其中CO+CO₂总含量≤3.5％；

(2)其它各级甲烷化反应器(第一级甲烷化反应器除外)的入口气体控 制：

将原料焦炉气加入到前一级甲烷化反应后的气体(即从前一级甲烷化反应 器出口出来的气体)中，加入原料焦炉气的量以使加入后其中的CO+CO₂总含量 ≤3.5％为宜；原料焦炉气与前一级甲烷化反应后的气体混合后，用水冷却至混 合气体温度为250℃±10℃，再进入相应级的甲烷化反应器中进行甲烷化反应。

上述(2)“其它各级甲烷化反应器的入口气体控制”过程中，用水冷却混 合气体时，可通过控制水产生的蒸汽压力为1.6-2.4MPa来控制冷却后的混合 气体温度为250℃±10℃。

上述甲烷化反应工艺中采用的多级甲烷化反应器，可优选为2-5级，进一 步优选为2-4级。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：