[发明专利]一种节能型无循环煤制合成天然气完全甲烷化的方法在审
申请号: | 201711130015.X | 申请日: | 2017-11-15 |
公开(公告)号: | CN107868686A | 公开(公告)日: | 2018-04-03 |
发明(设计)人: | 秦志峰;靳永勇;苗茂谦;上官炬 | 申请(专利权)人: | 太原理工大学 |
主分类号: | C10L3/08 | 分类号: | C10L3/08 |
代理公司: | 太原高欣科创专利代理事务所(普通合伙)14109 | 代理人: | 崔雪花,冷锦超 |
地址: | 030024 山西*** | 国省代码: | 山西;14 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 节能型 循环 合成 天然气 完全 甲烷 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种节能型无循环煤制合成天然气完全甲烷化的方法,属煤化工和化工技术领域。
背景技术
我国富煤、缺油、少气的现实国情,导致我国天然气的需求巨大,2016年中国天然气表观消费量为2050亿立方米,国产气供应量将达1390亿立方米,对外依存度达32.23%。天然气供应量的增长不及消费量的增长速度,国内天然气供需不平衡,导致我国天然气进口量不断攀升。利用我国煤炭资源相对丰富的特点发展煤制天然气产业,是缓解我国天然气供求矛盾的一条有效途径。
近年来中国工业化的煤制天然气技术主要靠引进国外高温绝热工艺技术为主,其特点是采用循环绝热反应工艺,煤制取合成天然气甲烷化反应的是一个强放热的过程,采用循环产品气稀释原料气控制反应温度,循环过程需要消耗大量的电能,反应器进出口温差大,需要多个反应器和换热器串接,而且高温运行催化剂使用寿命在1-2年,催化剂消耗量大,而催化剂的活性则直接影响甲烷化反应的速度和程度,导致反应工艺能耗高、流程长、设备多、投资大,因此开发节能型煤制天然气技术是新一代煤化工发展的需要。
无循环煤制取合成天然气对于煤化工领域中节能减排开发具有重要的战略意义,中国近年来关于无循环甲烷化合成天然气的技术,虽然采用无循环工艺技术,但采用绝热反应工艺,导致反应工艺流程长、设备多、投资大,如CN104357117A、CN103289769A;或降低进口原料气的量控制反应温度,造成能耗及设备数量的增加,进而增加运行成本及投资费用;本发明的无循环煤制取合成天然气工艺技术,采用换热式反应器和绝热式反应器相结合的集成工艺,工艺反应初期采用换热式反应器控制反应温度,处理原料气量大,减少工艺设备,无循环降低运行能耗,直接换热生产中高压蒸汽,热能回收率高,是十分理想的节能型无循环煤制合成天然气完全甲烷化的方法。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足,提供一种节能型无循环煤制合成天然气完全甲烷化的方法。
本发明通过以下技术方案来实现:
合成气在Ni系催化剂的作用下,经甲烷化反应,合成天然气,与此同时,采用换热式反应器和绝热式反应器相结合的集成工艺,无循环降低运行能耗,直接换热生产中高压蒸汽,提高热能回收率。
一种节能型无循环煤制合成天然气完全甲烷化的方法,其特征在于工艺过程如下:
第一步:煤经气化、变换、净化后作为甲烷化的原料气,将原料气与经过四段绝热式反应器反应后的气体在第一换热器处换热后,温度升到240-270℃,然后再与二段换热式反应器出口气体在第二换热器处换热后升温到280-320℃,原料气体总量分配为两股,分配其中一股原料气与水蒸气混合,进入一段换热式反应器中,在Ni系催化剂的作用下,H2、CO、CO2进行甲烷化反应;
第二步:经过一段换热式反应器反应后的气体经过汽包回收热量后与剩余另一股原料气混合,进入二段换热式反应器在Ni系催化剂的作用下,H2、CO、CO2进行甲烷化反应;
第三步:经过二段换热式反应器反应后的气体经第二换热器降温至280℃,进入三段绝热式反应器,在Ni系催化剂的作用下,H2、CO、CO2进行甲烷化反应;
第四步:经过三段绝热式反应器反应后的气体经第三换热器和第四换热器处换热降温至200-240℃,在第一汽水分离器处脱除部分冷凝水,再在第三换热器处换热升温至280℃,进入四段绝热式反应器,在Ni系催化剂的作用下,H2、CO、CO2进行甲烷化反应;
第五步:经过四段绝热式反应器反应后的气体,其温度在350-400℃,和原料气在第一换热器处换热后冷却至80℃以下,经第二汽水分离器分离,第二汽水分离器下部分离出的冷却水送出界区,第二汽水分离器上部分出的气体便是产品气。
如上所述的原料气总硫≤10ppb,压力2.0~4.0MPa,且满足(H2-CO2)/CO≥3的化学计量比。
如上所述的经过一段换热式反应器反应后的气体中CH4含量50~60%,热点温度控制在450~550℃。
如上所述的经过二段换热式反应器反应后的气体中CH4含量60~70%,热点温度控制在450~550℃。
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