[发明专利]甲烷合成方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及甲烷制造技术领域，特别是一种甲烷合成方法及一种甲烷合成系统。

背景技术

随着我国天然气消费量的不断增加，天然气供需缺口逐年扩大。为解决国内天然气的缺口问题，扩大天然气供给，近年来国内开展了多个煤制天然气项目的建设，即以煤为原料通过地面气化的方式生产荒煤气经净化处理后合成天然气。由于煤炭地面气化成本较高，天然气价格的持续下跌在一定程度上限制了煤炭地面气化制天然气技术的发展。煤炭地下气化就是将处于地下的煤进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。该技术与传统地面气化最大的不同在于利用地下的气化通道替代了传统的气化炉，从而很大程度上降低了设备的投资并省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺的设备，具有安全性好、投资少、效益高等优点。

虽然煤炭地下气化工艺在制备原料气方面具有很大优势，但由于地下气化工艺操控条件的限制，气化炉气化的荒煤气组分和产气量波动较大，CO含量波动范围0.67～6.06％，H₂含量波动范围25.97～37.14％，单炉产气量波动范围3000～5000Nm3/h)，采用煤炭地下气化工艺制得的荒煤气二氧化碳含量很大，造成甲烷化合成工段操作条件变化很大，直接影响合成反应温度的操作稳定和出口产品气组分的波动，难以满足甲烷化产业化的需要，限制了地下气化制天然气技术的工业化进展。

甲烷化技术是利用CO和CO₂与H₂反应完全转化为CH₄；由于CO和CO₂与H₂产生的热量不同，不稳定的荒煤气组分在甲烷化合装置内进行甲烷化合成时会造成甲烷化合装置的温度不同，一方面温度不稳定的甲烷化合装置具有很大的安全隐患；另一方面，温度不稳定的甲烷合成会影响镍基催化剂的活性甚至失效，极大的影响了甲烷化合成的产量。

发明内容

本发明目的在于提供一种甲烷合成方法及一种甲烷合成系统可降低荒煤气中的二氧化碳含量使合成甲烷的原料气组成更加稳定，确保了甲烷化装置稳定、安全的生产甲烷。

为达上述优点，本发明提供一种甲烷合成方法，其用于将地下煤气化的荒煤气合成为甲烷，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：采用地下气化炉对地下煤层进行气化，生成荒煤气；

步骤二：采用荒煤气预处理系统脱除所述荒煤气中的颗粒物和焦油；

步骤三：计算所述荒煤气中需要脱除CO₂的量，并根据所述需要脱除CO₂的量使用低温甲醇洗装置脱除相应量的CO₂；

步骤四：采用甲烷化装置将所述荒煤气合成甲烷。

在本发明的一种甲烷合成方法的一个实施例中，所述步骤三中，计算所述荒煤气中需要脱除CO₂的量的方法为，取样分析荒煤气中CO、H₂、CO₂的体积分数，按甲烷化控制系数a的取值计算低温甲醇洗装置需要脱除的CO₂量

所述

其中Q为荒煤气体积，为荒煤气中组分中相应组分的体积分数，为低温甲醇洗装置除脱的CO₂体积，a为甲烷化控制系数a。

在本发明的一种甲烷合成方法的一个实施例中，所述甲烷化控制系数a的取值范围为2.9～3.1。

在本发明的一种甲烷合成方法的一个实施例中，所述甲烷合成方法还包括当所述地下气化炉产气不足时，采用备用气化炉对地下煤层进行气化，生成荒煤气的步骤。

在本发明的一种甲烷合成方法的一个实施例中，所述甲烷合成方法还包括将当所述地下气化炉或所述备用气化炉产气过量时，多余的荒煤气进入所述锅炉燃烧的步骤。

在本发明的一种甲烷合成方法的一个实施例中，所述甲烷合成方法还包括将合成好的甲烷降温压缩后灌入甲烷气储罐保存的步骤。

在本发明的一种甲烷合成方法的一个实施例中，所述步骤三中，所述低温甲醇洗装置内的甲醇温度的取值范围为-70℃～-10℃。