[发明专利]一种天然气合成工艺及合成天然气的设备

说明书

本申请提供一种天然气合成工艺及合成天然气的设备，涉及甲烷化技术领域。一种天然气合成工艺包括将180～300℃的原料气经第一甲烷化反应后得到400～600℃的第一反应气，将第一反应气经第一次冷却至180～300℃，经第二甲烷化反应得到250～400℃的第二反应气。本申请通过控制原料气中各成分含量，直接将原料气依次经过中温反应和低温反应，中温反应能够消耗掉原料气中大部分碳氧化合物，低温反应用于消耗残余的碳氧化合物。得到的产品气中碳氧化合物含量较低，产品气经过简单的甲烷和氢气分离即可使用。且合成工艺并不涉及高温反应，催化剂能够保持良好的活性，设备也不会有较大的损耗，能够延长其使用寿命。

技术领域

本申请涉及甲烷化技术领域，具体而言，涉及一种天然气合成工艺及合成天然气的设备。

背景技术

焦炉煤气(Coke Oven Gas，简称COG)，是指煤在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉煤气中含有氢气、甲烷、氮气、一氧化碳、二氧化碳以及微量的焦油、苯、萘、氨、氰化氢、有机硫等。焦炉煤气经净化除去焦油、苯、萘、氨、氰化氢、有机硫等杂质，再通过甲烷化反应将其中的一氧化碳、二氧化碳与氢气反应生成甲烷，得到主要成分为甲烷和氢气的产品气。

甲烷化反应是强放热反应，在合成气净化的甲烷合成反应中每1％的CO甲烷合成的绝热温升高达73℃，每1％的CO₂甲烷合成的绝热温升约60℃。高浓度碳氧化物在绝热反应器中反应产生的绝热温升大，若不采取有效措施，将会导致设备超温和催化剂烧结失活。

目前甲烷化反应器按照热量控制方式可分为绝热甲烷化反应器和等温甲烷化反应器。绝热甲烷化反应器首先在绝热反应器中进行甲烷化反应，之后将产物通入冷却器降温，降温后的产物再进入下一级绝热反应器继续反应，由此往复。由于甲烷化反应放热量大，可能导致催化剂失活。等温甲烷化反应器中甲烷化反应放热过程和热量移除过程同时进行，无需预先对原料气稀释，原料气一次性处理量大。但是，等温反应器结构复杂，造价高。

绝热甲烷化反应工艺以其操作简便、造价低的优势而被广泛采用。其一般流程是将绝热甲烷化反应器串联或并联，通过产品气循环的方式稀释原料气中碳氧化物浓度来控制反应器温度。绝热甲烷化反应基本都会依次设置高温、中温和低温三级绝热反应器。这里所说的高温反应器是指其出口温度500～700℃，中温反应器为400～500℃，低温反应器为200～300℃。高温反应器不仅需要特制的耐高温催化剂，而且催化剂在高温反应器中的使用寿面也较短，极易失活。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种天然气合成工艺及合成天然气的设备，本申请直接以中温反应器和低温反应器串联，能够得到碳氧化合物较低的产品气。

第一方面，本申请实施例提供一种天然气合成工艺，其包括：将180～300℃的原料气经第一甲烷化反应后得到400～600℃的第一反应气，将第一反应气经第一次冷却至180～300℃经第二甲烷化反应得到250～400℃的第二反应气。

按照体积分数计，原料气包括45～70％的氢气、15～35％的甲烷、1～15％的一氧化碳和1～15％的二氧化碳。

在上述实现过程中，本申请控制原料气中各成分含量，直接将原料气依次经过中温反应和低温反应，中温反应能够消耗掉原料气中大部分碳氧化合物，低温反应用于消耗残余的碳氧化合物。得到的产品气中碳氧化合物含量较低，产品气经过简单的甲烷和氢气分离即可使用。本申请通过中温反应和低温反应的阶梯式搭配，能够提高设备的利用率。

并且，由于本申请的天然气合成工艺并不涉及高温反应，催化剂能够保持良好的活性重复使用，天然气合成设备也不会有较大的损耗，能够延长其使用寿命。

在一种可能的实施方案中，第一反应气冷却至180～300℃后，部分冷却后的第一反应气与原料气混合进行第一甲烷化反应，余下冷却后的第一反应气进行第二甲烷化反应。