[发明专利]一种煤气化合成气制天然气工艺

说明书

技术领域

本发明属于制天然气领域，具体涉及一种煤气化合成气制天然气工艺。

背景技术

“富煤、少油、贫气”的能源结构，导致我国油气资源长期存在供求矛盾。经济的快速发展以及民生与环保压力，又加剧了我国对天然气这一清洁能源的需求。预计到2020年，我国天然气需求缺口达1500亿立方米，对外依存度将达到50％；再加上国际能源价格急剧动荡，对我国能源安全带来严重影响。因此，开发煤制天然气技术，将丰富的煤炭资源转化为天然气，对于缓解我国天然气供求矛盾、保障国家能源安全具有重要的战略意义。

煤制天然气(Substitute Natural Gas，SNG)相比其他煤化工技术路线，具有能量转化效率高，水耗少，投资低等优势，是煤炭转化的优选途径之一，同时为构建“煤炭开采→煤炭转化→产品运输→产品利用”的新型煤炭利用模式和产业链，提供了新的选择，也必将为我国的煤炭清洁利用注入新的活力。

目前，我国在规划的煤制天然气项目，天然气年产量达700亿立方米，建设投资在3000亿左右。煤制天然气技术的开发具有重要的经济意义和潜在的市场前景。

煤制天然气过程涉及到空分、煤气化、净化、变换、甲烷化等过程，其中空分、气化、净化、变换等主要工艺单元国内外都具有成熟的技术；而合成气完全甲烷化制SNG技术仅英国Davy公司具有工业化装置运行，催化剂和工艺还有待进一步优化。为此，合成气完全甲烷化技术目前是煤制天然气技术领域研究的热点。

合成气完全甲烷化过程是一个强放热、快反应过程，在以生产SNG为目的的合成气完全甲烷化工艺中，研究的焦点是如何控制反应床层温度和提高甲烷化催化剂的耐温性能。

就甲烷化反应工艺而言目前主要包括两种：内换热固定床拟等温床反应器合成气完全甲烷化工艺(CN101480592A、CN101580748A、CN101550053A、CN102010284A、CN102234213A、CN101880559A)和多段循环固定床绝热甲烷化工艺(CN101812339A、CN101885994A、CN101560423A、US4016189、US4205961、US4298694、WO2007/117597、CN101880558A、US4133825)。这些工艺针对的合成气是经过净化、变换工艺，H₂/(3CO+4CO₂)比为1.0左右的合成气，围绕如何优化甲烷化工序，降低甲烷化过程的功耗和操作弹性而提出的。没有从煤制天然气全流程进行分析，鉴于此，通过对煤制天然气全系统的分析和优化，提出全新的煤制天然气工艺，显著降低了系统的功耗，提高了煤制天然气过程的经济性。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的煤气化合成气制天然气工艺，通过对煤气化合成气制天然气整套工艺过程的分析，提出先进行甲烷化，再进行脱碳的煤气化合成气制天然气工艺。

本发明提供了一种煤气化合成气制天然气工艺，该工艺步骤为：将煤气化制得的粗煤气进行净化处理，然后通过水汽变换调整合成气中H₂/3CO在0.8～2.0范围内，经过水汽变换调整H₂/3CO的合成气，进入合成气甲烷化单元，通过多段循环固定床绝热甲烷化工艺或内换热等温床甲烷化工艺，原料气中的氢气和CO、部分CO₂发生甲烷化反应生成产品气CH₄和H₂O，经过甲烷化后的产品气，进入CO₂捕获单元，制得甲烷浓度在95％以上，满足管输天然气标准的合成天然气。

本发明提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述净化处理过程是通过物理或化学方法全部或部分脱除合成气中的含硫物质、NH₃、颗粒、焦油杂质。

本发明提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的水汽变换可以通过如下方式之一完成：

先脱硫再进行低温变换工艺、先脱硫再进行中高温变换工艺、耐硫变换工艺、在甲烷化过程发生水汽变换反应。

本发明提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的低温变换工艺中的变换催化剂为Cu-Zn系变换催化剂。

本发明提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的中高温变换工艺中的变换催化剂为Fe-Cr系变换催化剂。

本发明提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的耐硫变换工艺中的变换催化剂为Co-Mo系变换催化剂。