[发明专利]一种一次通过甲烷化工艺

说明书

本发明涉及一种一次通过甲烷化工艺，至少部分预热后原料气与外供的脱盐水或锅炉水和/或回用凝液混合后形成注水后的原料气，进入蒸发过热组件发生蒸发气化并过热，进入N级甲烷化反应器组，第N‑1级甲烷化反应器的甲烷化产品气与注水后的原料气在蒸发过热组件中进行换热后，再进入分离罐进行气液分离，分离罐顶部气体进入末级甲烷化反应器发生甲烷化反应，进入分离罐进行气液分离，顶部得到SNG粗产品气。本发明减低了进入末级甲烷化反应器的气体流量和水含量；气体流量的降低，减小了相关设备尺寸和设备投资；水含量的降低，提高了末级甲烷化反应的转化率，降低了SNG粗产品气中的H₂含量，提高了SNG产品气的品质。

技术领域

本发明涉及合成天然气技术领域，更具体地涉及一种一次通过甲烷化工艺。

背景技术

天然气是一种使用安全、热值高的清洁能源，广泛应用于发电、化工、城市燃气、汽车燃料等行业，是世界上主要的清洁能源之一。近年来，随着我国城市化的发展和城乡“煤改气”工作的不断推进，我国的天然气需求量激增。考虑到我国的能源结构是“缺油、少气、富煤”，煤炭资源相对丰富。因此，根据我国的能源结构特点，积极发展煤制合成天然气(SNG)，不仅可以满足国内日益增长的市场需求，而且对于保障我国的能源安全，意义重大。

合成气甲烷化反应是CO与H₂、CO₂与H₂在一定温度、压力和催化剂存在条件下发生的强放热反应。通常，每1个百分点的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升；每1个百分点的CO₂甲烷化可产生60℃的绝热温升。因此，如何有效的控制甲烷化反应的放热，防止高温烧坏催化剂和损坏反应器，是甲烷化工艺的一个关键问题。目前，已有工业化应用的甲烷化技术主要有：德国Lurgi公司的甲烷化工艺、英国Davy公司的CRG工艺、丹麦托普索公司的TREMP工艺。上述几家甲烷化工艺，均采用将第一级甲烷化或后续甲烷化反应器出口的很大一部分产品气，通过压缩机加压后，循环至第一级甲烷化反应器入口，通过产品气循环来稀释原料气，以达到控制第一级甲烷化反应器反应温升的目的。

中国专利申请CN201710800839.7公开了一种无循环气压缩机的甲烷化工艺流程，在该工艺中，来自上游气体净化装置的原料气，含有CO、H₂、CO₂等气体，进入甲烷化单元，依次经过至少三级甲烷化反应器，发生甲烷化反应，制得合成天然气(SNG)产品。该甲烷化工艺流程虽然可以减少压缩机的设备投资和能耗，并且提高反应余热的回收利用率，但是，末级甲烷化反应器和相关设备的投资偏高，而且反应效率较低，得到的SNG产品的品质也偏低。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的SNG产品的品质偏低等问题，本发明旨在提供一种一次通过甲烷化工艺。

本发明所述的一次通过甲烷化工艺，包括以下步骤：S1，脱硫原料气经预热器预热后得到预热后原料气，至少部分预热后原料气与外供的脱盐水或锅炉水和/或回用凝液混合后形成注水后的原料气，进入蒸发过热组件发生蒸发气化并过热，得到第一级甲烷化反应器进料；S2，第一级甲烷化反应器进料进入N级甲烷化反应器组发生甲烷化反应形成甲烷化产品气，其中，N不小于3，第N-1级甲烷化反应器出口得到的甲烷化产品气与注水后的原料气在蒸发过热组件中进行换热后，再进入1#分离罐进行气液分离，顶部得到1#分离罐顶部气体，底部得到1#分离罐底部液体以回用或排放至界区外；S3，1#分离罐顶部气体经末级甲烷化进料预热器预热后作为末级甲烷化反应器进料进入末级甲烷化反应器发生甲烷化反应，出口得到末级甲烷化产品气，末级甲烷化产品气依次经末级甲烷化进料预热器和冷却器冷却后进入2#分离罐进行气液分离，顶部得到SNG粗产品气，底部得到2#分离罐底部液体以回用或排放至界区外。