[发明专利]一种补碳返氢工艺实现焦炉煤气甲烷化合成天然气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭焦化生产领域，特别涉及一种补碳返氢工艺实现焦炉煤气甲烷化合成天然气的方法。

背景技术

焦炉煤气中含有CO、CO₂、H₂S、CH₄、H₂、N₂、SO₂和杂质，直接用于燃烧取热，不仅可利用热值低下，一般燃烧热值5000大卡左右，而且成份复杂，燃烧不充分污染环境，所含杂质也会容易损毁设施，将焦炉煤气净化、甲烷化合成天然气能将燃烧热值提高到8000大卡以上。在节能减排的现代社会，已成为众多企业和院校热捧的课题。

然而，目前国内焦炉煤气甲烷化还大都停留在理论设计阶段，而真正实现工业化生产的几乎没有.

其主要采用的工艺为深冷液化工艺和甲烷化工艺：

深冷液化工艺是根据焦炉煤气成份中的不同物质在不同压力和温度下液化的特性，分别将焦炉煤气中的杂质、CO₂、H₂S、CH₄进行液化，最后不液化的气体就是CO、H₂、N₂，该方法得到的液化甲烷量很少，不能有效的利用焦炉煤气中的CO、CO_2.

甲烷化工艺是目前比较先进的工艺流程，而且随着国内甲烷化催化剂的研制成功，现在已经具备了工业化生产的能力，但是这种工艺只是将焦炉煤气中的CO、CO₂跟焦炉煤气中的H₂反应，合成甲烷，其最终甲烷化后甲烷产量只能由原来的25％增加至80％左右，产量不够高。

气源(合成气或焦炉煤气)中CO、CO₂和H₂在一定的温度、压力及催化剂的作用下进行化学反应生成CO、CO₂、CH₄的过程。该过程主要反应如下：

CO+3H₂→CH₄+H₂O        ΔH₀＝-206kJ/mol(1)

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O↑    ΔH₀＝-178.44kJ/mol(2)

从以上化学反应可以看出：

①甲烷化过程属于体积缩小的反应，反应压力增加，可以使得甲烷合成更有利，同时可以减少反应装置的体积比，提高整个装置的产量。

②甲烷化反应属于强放热反应，如果不能很好的散热，容易造成催化剂局部过热烧坏催化剂。所以良好的排热能够促进反应的进行，同时能量综合利用也是非常重要的部分。

气源成份及主要材料参数

1.催化剂主要参数指标

焦炉煤气气相合成甲烷催化剂的主要载体成分都是Al₂O₃和SiO₂，并载有镍活性组分及少量助催化剂，因此甲烷化的转化率更高，可达90～95％。

组分：Al₂O₃＝70～80％，NiO＝15～20％，La₂O₃＝0.5～3％，MgO＝0.5～3％等.

技术指标(Q/SZY·J02·01-2003)

规格：3～5mm    径向抗压强度：50    粒度：φ3～4mm

堆密度：0.9kg/L    催化活性：0.05NL CH₄/h/g催化剂

总杂质含量：小于0.4％    外观：球状颗粒

质量指标

1.CO₂、CO的转化率：CO转化率～100％，CO₂转化率85～90％。

(反应温度260～350℃，压力0.1～1.0MPa)

2.径向压碎强度：≥50N/cm

3.静态吸水率：≥60％

4.磨耗：≤5％

活化条件：

气源：焦炉煤气            压力：常压～1.0MPa

空速(h-1)：7000～10000    温度：250度

使用条件：

使用温度进催化剂床层：250～320℃    出催化剂床层：400～450

使用压力0.6～1.0MPa

2.工艺工况条件

甲烷化前焦炉气工况

A、焦炉气组成