[发明专利]一种焦炉煤气进行甲烷化合成天然气的工艺

说明书

技术领域

本发明属于一种合成天然气工艺，具体涉及一种对焦炉煤气进行甲烷化合成天然气的工艺。

背景技术

焦炉煤气作为一种工业排放废气，产量大(2008年全国焦炉总产量约1430亿m³)，将其进行甲烷化回收利用既符合节能减排的政策要求，又能产生一定的经济效益，是一项具有市场前景的技术。

焦炉气(COG)成分较为复杂，且变化范围较大，取决于所用的焦煤的性质、炼焦方法及操作情况等。其主要组成(Vol)为：H₂ 54-59％，CH₄ 23-28％，N₂ 3-5％，O₂ 0.3-0.7％，CO 5.5-7％，CO₂ 1.2-2.5％，C_mH_m 1.5-3％。焦炉气中的H₂、CO、CO₂进行甲烷化反应可制取人工天然气，反应式如下：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O+206KJ/mol      (1)

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol    (2)

甲烷化反应是在催化剂作用下的强放热反应，温升比较大。在通常的气体组分中，每1个百分点的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升；每1个百分点的CO₂甲烷化可产生60℃的绝热温升。故需控制合成气甲烷化过程中甲烷化反应器中的温度，以防止反应器中催化剂的过热而引起的催化剂烧结和损坏设备至关重要。因此如何有效控制焦炉煤气甲烷化的反应温度，高效回收利用强放热反应放出的大量热能成为研发的热点。

现有技术大多采用多台固定床甲烷化反应器串联进行绝热反应，且在甲烷化反应过程中通常使用多个热交换器和气体循环机的复杂装置来控制温度，并采用高达5倍多的循环气将煤制合成气中的CO由25％左右稀释到2％～4％左右，以控制甲烷化反应过程中产生的热量，这不仅增加了设备投资，还大幅度的增加了循环气电耗。

专利CN200610021836.5公开了一种利用焦炉煤气制备合成天然气的方法，现将焦炉煤气通过净化脱除苯、萘、重碳氢化物、硫化物后，再在催化剂作用下进行甲烷化反应，使COG中的氢与一氧化碳和二氧化碳反应生成甲烷，得到以甲烷为主的混合气；然后通过变压吸附分离技术，得到甲烷浓度90％以上的产品气。但该工艺需多级甲烷化反应器，且需大量循环气将原料中CO+CO₂的总浓度控制在4％以下，大大增大了设备投资和能耗。

专利CN200910058611.1公开了一种利用焦炉煤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，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％，使甲烷化后、每一级甲烷化反应器的出口气温度均≤450℃。通过该工艺，虽然可一定程度上降低用于稀释原料焦炉气中CO+CO₂的产品气量大大降低，且可控制甲烷化反应器的出口气体温度，但仍需多台甲烷化反应器，增大了设备投资。

专利CN200910018047.X公开了一种焦炉煤气甲烷化合成天然气的工艺，引入水蒸气循环，无需采用气体分段循环工艺，工艺流程较简单，能耗较低。但该工艺甲烷化过程中为控制温度，在原料气中引入大量循环水蒸气，增加了能耗，其采用多段绝热反应器，也大大增加了设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种能耗低，易操作，设备投资低，适用于大范围CO/CO₂浓度范围，且能在线更换催化剂的煤制合成气进行甲烷化合成天然气的工艺。

本发明为达到上述发明目的，在甲烷化反应过程中引入导热系数大、热容大的惰性液相组分，将甲烷化催化剂均匀的分散在惰性液体中，提高了传热效率，使床层接近等温操作，使焦炉煤气甲烷化过程中(CO+CO₂)转化率高达95％以上，无需尾气再循环反应，并且能够避免常规固定床甲烷化方法中出现的催化剂烧结的现象。

本发明采用的技术方案及具体工艺是：

(1)将新鲜甲烷化催化剂分散在惰性液相介质中，从浆态床甲烷化反应器底部进入浆态床甲烷化反应器中，然后将还原性气体从浆态床甲烷化反应器底部通入，升温至还原温度后常压对甲烷化催化剂进行还原；