[发明专利]一种生产合成天然气的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产合成天然气的方法及装置，具体地涉及以煤或生物质气化产物为原料生产合成天然气的方法及装置，属于合成天然气技术领域。

背景技术

上世纪七十年代以来，伴随着石油危机，煤制甲烷（合成天然气或代用天然气）得到较快发展。煤制甲烷的主要方法包括煤加氢气化直接生产甲烷和经合成气间接生产甲烷。

煤加氢气化生产甲烷的主要问题有：碳转化率低、甲烷收率低、气体组成复杂、甲烷浓度低以及得不到高质量的合成天然气等。相对来说，煤经合成气生产甲烷的工艺具有技术成熟度高、碳利用率高及甲烷浓度高的显著优势。上世纪80年代初，德国鲁奇公司结合巴斯夫公司的甲烷化催化剂完成了甲烷化工艺的开发，并成功应用于美国大平原工厂389万立方米/天的煤制天然气工厂；英国煤气公司针对BGL气化炉的合成气特点开发了HICOM工艺及相应催化剂，并建立了2832m³/d的中试装置；丹麦托普索公司成功研制了最高能耐700℃高温的宽温型催化剂，并开发了TREMP完全甲烷化工艺。

在我国，以利用煤生产城市煤气为目的，在上世纪已建立较成熟的煤气部分甲烷化技术：如中科院大连化学物理研究所研发了“常压水煤气部分甲烷化生产城市煤气”技术；化工部化肥研究所开发了以常压半水煤气为原料气的RHM-266型镍系甲烷化催化剂及工艺；煤炭科学研究院开发了两段炉水煤气甲烷化工艺。

随着可持续发展的需要，节能降耗、提高能源利用效率成为各技术发展的方向和趋势。对甲烷化过程而言，高温、高压操作、宽温型催化剂有利于设备及过程强化，进而降低能耗，并提高甲烷化反应副产热品位及回收利用率。鉴于此，宽温型甲烷化催化剂，高温、高压完全甲烷化技术已成为当前甲烷化技术的发展趋势。目前世界上仅有美国大平原一家甲烷化商业化工厂，且为中、低温甲烷化技术，对于甲烷化发展趋势的高温、高压完全甲烷化技术，尚没有工业化应用的先例。国内甲烷化技术目前仅停留于部分甲烷化，且催化剂适应温度范围窄，极大限制了能量的综合利用效率；另外常压下进行的部分甲烷化技术不利于反应和设备强化，缺乏反应器设计和物质-能量的集成优化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种生成合成天然气（Synthetic Natural Gas，SNG）的方法及装置。

本发明是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种生产合成天然气的方法。参照图1和图2，所述方法包括以下的步骤：

a）原料气（1）经第一换热设备（2）升温至150~400℃后按体积比1:（0.5~5）:（0~0.5）:（0~0.5）分成第一股原料气（4）、第二股原料气（5）、第三股原料气（6）和第四股原料气（7）；

b）将步骤a）中的第一股原料气（4）与第一蒸汽（39）和第一股循环气（27）混合得到温度为250~400℃的第一混合气（8），将第一混合气（8）通入第一段甲烷化反应器（9）中发生反应，得到温度为450~750℃的第一段产品气（10），该第一段产品气（10）经第二换热设备（11，11′）和第三换热设备（13，13′）降温至250~400℃得到降温后的第一段产品气（14）；

c）将步骤b）得到的降温后的第一段产品气（14）与所述第二股原料气（5）、第二蒸汽（40）、第二股循环气（28）混合得到温度为250~400℃的第二混合气（15），将第二混合气（15）通入第二段甲烷化反应器（16）中发生反应，得到温度为450~700℃的第二段产品气（17），该第二段产品气（17）经第四换热设备（18，18′）降温至200~400℃得到的降温后的第二段产品气（19）；

d）将步骤c）得到的降温后的第二段产品气（19）按体积比（0.3~5）:1分成循环气（20）和第二股第二段产品气（21），所述循环气（20）经第五换热设备（22）降温至100~350℃后送入循环压缩机（24）增压得到增压后的循环气（25），增压后的循环气（25）经第五换热设备（22）升温到200~350℃，然后将其按体积比（0.5~1）:（0~0.5）分成所述第一股循环气（27）和第二股循环气（28）；

e）将步骤d）得到的第二股第二段产品气（21）与所述第三股原料气（6）、第三蒸汽（41）混合得到温度为200~400℃的第三混合气（29），将第三混合气（29）通入第三段甲烷化反应器（30）中发生反应，得到温度为300~550℃的第三段产品气（31），该第三段产品气（31）经第一换热设备（2）降温至60~350℃得到的降温后的第三段产品气（32）；