[发明专利]一种煤制合成天然气的甲烷化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及富含H₂、CO和CO₂气体的甲烷化工艺的方法，特别涉及一种煤制合成天然气的甲烷化工艺。

背景技术

中国预测煤炭储量约为5.47万亿吨，且大部分在山西省、内蒙古和新疆，特是新疆地处西北，交通运输条件较差。与此同时，我国常规天然气资源量约为35~38万亿Nm³，占世界总量的2%；其中可采资源量10~12万亿Nm³，人均天然气剩余可采储量仅相当于世界平均水平的6%，我国表现为相对富煤少气的国家。而天然气作为一种优质清洁能源，目前在我国一次能源消费中的比重仅为3.9%，远远低于世界23.7%的平均水平。多年来我国天然气消费增速超过产量增速，进口量逐年大幅增加。2010年我国天然气消费量达到1070亿Nm³，进口天然气166亿Nm³。据国务院发展研究中心预测，到2015年我国天然气消费量增加到1500亿Nm³，需进口400亿Nm³；到2020年消费量增加到3000亿Nm³，届时约有40%依赖进口。可以预见未来无论是国内还是国外对于天然气的需求都存在很大缺口，因此利用煤炭资源生产合成天然气将是一种现实的天然气补充来源。

现有的煤制合成天然气的甲烷化技术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，采用的循环气高达5倍之多，不仅增加了设备投资还大幅增加了循环气电耗。研发出更节能、循环气量小、成本较低的工艺实属迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量利用率高、循环气量小、投资较少的煤制合成天然气的甲烷化工艺。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

 一种煤制合成天然气的甲烷化工艺，包括如下工艺过程：

将煤造气经净化和脱碳后得到满足总硫小于0.1ppm和f = (n_H2 - n_CO2) / (n_CO + n_CO2) = 2.9~3.05的合成气分成三股，其中第一股合成气和循环气混合后进入第一甲烷化反应器，第一甲烷化反应器出口的气体与第二股合成气混合后进入第二甲烷化反应器，第二甲烷化反应器出口的气体与第三股合成气混合后进入第三甲烷化反应器，在第三甲烷化反应器进行气体冷却后分出一部分气体进入循环压缩机升压后作为循环气，其余气体依次进入第四、第五或第六甲烷化反应器进行甲烷化反应，最后一个甲烷化反应器出口的气体中甲烷干基含量大于95%，然后冷却，压缩，脱水得到符合要求的合成天然气SNG。

进入每个甲烷化反应器的入口温度为230℃~350℃，压力为1.5~8 MPa，所述反应器中以干气计算的体积空速为5000 h^-1～30000h^-1；进入所述循环压缩机的气体温度为100℃~180℃。

作为优选：第一、第二和第三甲烷化炉入口温度为250℃~300℃，干气计算的体积空速为10000 h^-1~20000 h^-1，最后一个甲烷化反应器的干气计算的体积空速为5000 h^-1~10000 h^-1；进入所述循环压缩机的气体温度为130℃~180℃。

所述第一甲烷化反应器、第二甲烷化反应器和第三甲烷化反应器出口的温度分别为490℃~650℃、490℃~650℃和600℃~700℃，其余甲烷化反应器出口温度为300℃~550℃，最后一个甲烷化反应器的出口温度优选为300℃~400℃。

作为优选：第一和第二甲烷化炉出口温度为490℃~635℃，第三甲烷化炉出口温度为610~690℃。

作为优选：合成气中f = (n_H2 - n_CO2) / (n_CO + n_CO2) = 2.95~3.05。

第一、第二和第三甲烷化反应器为绝热甲烷化反应器，最后一个甲烷化反应器为绝热或等温甲烷化反应器。

所述甲烷化反应器中的甲烷化催化剂是以镍为主要活性组分的催化剂。