[发明专利]制备代用天然气的方法

说明书

本发明涉及用于从例如通过部分氧化诸如油或煤的炭质燃料而制备的合成气制备适于用作代用天然气(SNG)的燃料气的方法。

已知多种用于制备SNG的方法。一个这样的方法在US 4016189中描述。其中，在单个高温批量甲烷转化器中处理原料气，然后在单个低温修整甲烷转化器中处理。在该方法中，将所有的新鲜原料供给至批量甲烷转化器，其中大部分的氧化碳被甲烷化为甲烷。因为反应是高度放热的，所以需要热质量以将整个批量甲烷转化器的温度上升限制在可接受的水平。将该热质量以再循环气体的形式供给，再循环气体从批量甲烷转化器下游但先于修整甲烷转化器之前采集。在供给批量甲烷转化器上游之前，将再循环流压缩。

在US 4016189中描述的单级修整甲烷化作用足以制备具有甲烷含量为60%的低发热气体。这在现有SNG产品规格的所需甲烷水平之下。

通常，应了解批量甲烷转化器(bulk methanator)是接受部分或全部一氧化碳富集原料—即供给设备的新鲜原料—的甲烷转化器。修整甲烷转化器(trim methanator)是不接受任何新鲜一氧化碳原料并且进行修整甲烷化作用的甲烷转化器，其通常处于比批量甲烷转化器更低的温度下。对于本发明的目的，再循环甲烷转化器是包含在再循环回路内且不接受新鲜一氧化碳富集原料的甲烷转化器。

可替代的方法在US 4205961中建议。该方法在于通过降低设备的操作成本来使其最优化。这通过增加批量甲烷转化器数量而实现。具体地，在两个反应器之间分开批量甲烷化作用任务。新鲜原料被供给至第一批量甲烷转化器和第二批量甲烷转化器。将从第一批量甲烷转化器采集的流分开，部分通过压缩机而再循环至第一批量甲烷转化器，其余则转移至第二批量甲烷转化器。使从第二批量甲烷转化器去除的流转移至修整甲烷转化器。

在两个批量甲烷转化器之间分开任务实质上意即在第一批量甲烷转化器中进行较少的整个批量任务。因为再循环仅在第一批量甲烷转化器附近，所以再循环流率仅需要足以控制整个该床的温度上升。更低的任务意即存在更低的反应热量，其必须通过再循环气体而去除，这反过来导致更低的再循环流率。从第一批量甲烷转化器转移至第二批量甲烷转化器的气体充当热质量以淬灭第二级批量反应。在US4205961中描述的流程中，约70%的新鲜原料转移至第一批量甲烷转化器，其余则转移至第二批量甲烷转化器。第二批量甲烷转化器具有将再循环流率降低约30%并同时保持相同再循环回路压力降的效果。这在降低再循环压缩机功率需求方面具有益处，但以第二甲烷转化器反应器为代价。通过US 4205961描述的方法制备的产物气体未实现SNG规格的现有需求。

在US 4133825中描述了各种可替代的方法。与转换部分被包括在甲烷转化器单元上游的其他方法不同，所述方法引入在甲烷化催化剂上和甲烷化单元之内使粗制气体转换并进行甲烷化作用的概念。这导致在产物中的过量的二氧化碳，并且由此必须在甲烷化单元下游包括二氧化碳去除单元。在甲烷化单元内进行转换反应需要大量的蒸汽。因此，建议在甲烷转化部分下游包括饱和器以在批量甲烷化作用之前使用蒸汽同时饱和和加热原料流。这不仅提供了在甲烷化作用催化剂上的转化反应的所需蒸汽，而且还防止在催化剂上形成碳。

在一个布置(arrangement)中，使用两个批量甲烷转化器，一部分原料转移至第一批量甲烷转化器，并且其余转移至第二批量甲烷转化器。从第一批量甲烷转化器去除的整个流被转移至第二批量甲烷转化器，并且在第二批量甲烷转化器之后采用再循环。在经过压缩器后，使再循环流转移至第一批量甲烷转化器。从第二批量甲烷转化器采集的不用作再循环的流部分被转移至修整甲烷转化器。在另外的方法中，描述了多于两个的甲烷转化器，并且在所有存在的甲烷转化器之间分开粗制原料。然后，在最后的批量甲烷转化器之后采用再循环。

在甲烷化单元内进行转换反应抵消了对分开的转换部分的需要。然而，因为经过甲烷化作用单元的流率大得多，并且存在从原料转移至产物而未进行任何反应的大量二氧化碳，所以所需催化剂的量增加，并且还增加了除压缩机之外的所有设备项的尺寸。这是因为二氧化碳提供了大的热质量以从批量系统去除热，由此不需要大的再循环。

在US 4298694中还描述了其他可替代方法。在该方法中，将双重催化剂用于通过降低压缩机再循环功率而降低SNG设备的操作成本。这可以通过降低批量甲烷转化器的入口温度以及相同批量甲烷转化器的出口温度而实现，允许整个床的较大温度上升。这表明更多的反应热能用于增加床温度。这导致吸收整个反应释放的热的所需气体热质量更低，由此导致再循环流率更低。