[发明专利]一种高温循环的甲烷合成工艺

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域，涉及一种高温循环的甲烷合成工艺。

技术背景

天然气作为一种安全、高效的清洁能源，其需求增长非常迅速，而我国天然气供应量明显不足。除了立足国内天然气资源并积极利用世界其他国家的天然气资源外，还需寻求其他替代途径。

煤通过气化、变换、净化得到合成气，然后通过甲烷合成反应可以制取代用天然气（SNG）。利用相对丰富的煤碳资源制取代用天然气是缓解我国天然气供需矛盾的重要途径。

煤基合成气制SNG过程中发生的反应主要包括：  

     CO+3H₂ ＝CH₄+H₂O+206KJ/mol         (1)  

     CO₂+4H₂ ＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol       (2)

     CO+H₂O ＝ H₂+ CO₂+41KJ/mol        (3)

其中，甲烷合成反应⑴和⑵是主反应，都是强放热反应。煤基合成气中CO+CO₂含量通常为23~25%，直接通过高活性的甲烷合成催化剂，反应温度会迅速升至900℃以上，超过甲烷合成催化剂允许的最高温度，造成催化剂失活。因此，如何控制反应温升是甲烷合成反应过程中的关键技术之一。

为了控制反应温度，可以采用列管式反应器，通过壳程的介质移走反应热，如，专利201010128165.9公开了一种由煤制取合成天然气的方法及其工艺装置，采用水冷式列管反应器，利用壳程中水的汽化来迅速移走反应热，将反应温度控制在450℃以下。

为了控制反应温度，更常用的是采用低CO+CO₂含量的气体来稀释绝热甲烷合成反应器的入口气体。如，专利200910135203.0公开了一种制备代用天然气的方法和设备，包含四个高温甲烷合成反应器，新鲜合成气平行通入四个甲烷合成反应器，其中，第一甲烷合成反应器的入口气体用其部分出口气体循环回来稀释，第二甲烷合成反应器的入口气体用第二甲烷合成反应器的部分出口气体稀释，第三甲烷合成反应器的入口气体用第二甲烷合成反应器的出口气体稀释，第四甲烷合成反应器的入口气体用第三甲烷合成反应器的出口气体稀释。该工艺的循环气体进入循环压缩机前先经过换热降温分离除去液态的水，然后再换热升温后进入第一甲烷合成反应器，为了保护第一甲烷合成反应器中的催化剂，还需要在反应器入口补加一定量的水蒸汽。其缺点是需增加至少一台换热器，增加了设备投资，而且循环气体先冷却分水，然后升温补水蒸汽，存在化工生产中要尽量避免的“冷热病”，因而运行费用较高。 

发明内容

针对上述问题，本发明采用耐高温的循环压缩机，可在循环气体的露点以上的温度下操作，循环气体可以不需要冷凝分离水，直接进入循环压缩机进行压缩，压缩后的气体温度达到了甲烷合成反应器的活性温度，不需要再换热升温就可直接进入第一甲烷合成反应器；而且由于该工艺未分离循环气体中的水，因此可有效防止甲烷合成催化剂积碳。

本发明的目的在于提供一种投资省的高温循环甲烷合成工艺，气体换热至催化剂露点以上就可以直接进入循环压缩机，可以大大减小换热器的换热面积，甚至省去一台换热器，还可减少一台分液罐，减少了设备投资。

本发明的目的在于提供一种运行费用低的高温循环甲烷合成工艺，循环气体不需要经过先冷却分离水，再升温并补充水蒸汽的过程，避免了化工操作中的“冷热病”，降低了运行费用。

本发明的主要技术方案：高温循环的甲烷合成工艺，采用串联的多个绝热甲烷合成反应器来合成甲烷，包含至少一个高温甲烷合成反应器和至少两个低温甲烷合成反应器，其中第一个高温甲烷合成反应器带气体循环，其特征是循环气在其露点温度以上经循环压缩机增压后返回第一甲烷合成反应器入口。

所述工艺中采用耐高温的压缩机进行循环气的压缩，压缩机可耐受180℃~300℃的温度。

采用的耐高温的压缩机可以是迷宫式气体压缩机，也可以是离心式气体压缩机。

所述循环气体进入循环压缩机之前温度高于其露点温度，不需要分离循环气体中的水。

所述循环气体进入压缩机前的温度达230℃~300℃，经过压缩后温度达250℃~320℃，不经换热升温直接进入第一甲烷合成反应器。