本發(fā)明屬于甲烷生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，具體涉及一種撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置及工藝。
背景技術(shù)：
中國(guó)霧霾嚴(yán)重，天然氣代煤防霾是一重要解決方案。但中國(guó)天然氣管網(wǎng)缺乏，在無(wú)管網(wǎng)的情況下，天然氣供氣及調(diào)峰問(wèn)題急需解決，特別是邊遠(yuǎn)城鎮(zhèn)。
甲烷是清潔的能源和優(yōu)質(zhì)的化工原料，在能源和化工領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。2015年我國(guó)甲烷為基礎(chǔ)的天然氣消費(fèi)已高達(dá)1973億方，而且持續(xù)多年保持穩(wěn)步增長(zhǎng)，基于甲烷的清潔燃料的需求量大。
甲烷的生產(chǎn)方法和途徑很多，工業(yè)上甲烷的生產(chǎn)主要有：(1)基于自然界長(zhǎng)期演化形成的傳統(tǒng)化石燃料形成的天然氣、頁(yè)巖氣、油田伴生氣等自然資源，通常規(guī)模大、投資高、需要采用管道輸送，不便儲(chǔ)運(yùn)；(2)煤制天然氣，基于大規(guī)模煤氣化和甲烷化大量生產(chǎn)甲烷為主的代用天然氣。由于煤氣化和環(huán)保投資高昂，同時(shí)為了降低成本，規(guī)模通常高達(dá)數(shù)十億方/年，其儲(chǔ)運(yùn)同樣不便，而且依賴管道輸送；(3)生物法，如發(fā)酵，規(guī)模一般不大，但由于采用生物發(fā)酵工藝，其產(chǎn)氣速度和效率通常不高，需要占用的場(chǎng)地很大，而且原料收集成本較高，產(chǎn)品氣使用不方便。大規(guī)模甲烷化為主的天然氣生產(chǎn)和使用都受限于管道輸送，同時(shí)還受到冬夏季用氣量差別巨大帶來(lái)的調(diào)峰挑戰(zhàn)。生物法甲烷的生產(chǎn)則受到原料收集、產(chǎn)氣效率、場(chǎng)地占用、使用半徑等的限制。
僅就甲烷生產(chǎn)而言，近年來(lái)隨著清潔能源需求的持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，以及我國(guó)大規(guī)模煤制天然氣產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，不少企業(yè)和研發(fā)單位申請(qǐng)了相關(guān)的合成氣制甲烷生產(chǎn)工藝技術(shù)：申請(qǐng)?zhí)枮?01080040515.4的專利申請(qǐng)公開了一種生產(chǎn)甲烷的方法，含一氧化碳和氫的原料氣在含鎳甲烷化催化劑的內(nèi)部水冷甲烷化反應(yīng)器中產(chǎn)生包含甲烷的產(chǎn)品氣；申請(qǐng)?zhí)枮?00810226891.7的專利申請(qǐng)公開了一種利用自甲醇的弛放氣或煤基合成氣，采用內(nèi)取熱冷管換熱式反應(yīng)器通過(guò)深度甲烷催化劑合成甲烷的工藝；申請(qǐng)?zhí)枮?01310226488.5的專利申請(qǐng)公開了一種由炭質(zhì)材料生產(chǎn)甲烷聯(lián)產(chǎn)液體燃料的方法，將炭質(zhì)材料氣化后得到的粗合成氣凈化后與水混合并在催化劑上生成氣體和液體產(chǎn)物，分離得到甲烷；申請(qǐng)?zhí)枮?01310226609.6的專利申請(qǐng)公開了一種由炭質(zhì)材料氣化的合成氣生產(chǎn)甲烷聯(lián)產(chǎn)低碳醇的方法，分離得到甲烷；申請(qǐng)?zhí)枮?01310226488.5的專利申請(qǐng)公開了一種由炭質(zhì)材料氣化合成氣生產(chǎn)甲烷聯(lián)產(chǎn)液體燃料的方法；申請(qǐng)?zhí)枮?00910074977.7的專利申請(qǐng)公開了一種基于焦?fàn)t氣的甲烷生產(chǎn)工藝，利用凈化后的焦?fàn)t氣中一氧化碳和二氧化碳與氫氣甲烷化反應(yīng)制甲烷。
此外，還有不少基于生物發(fā)酵制甲烷的方法：申請(qǐng)?zhí)枮?01380024947.x的專利申請(qǐng)公開了一種固態(tài)發(fā)酵方法及其生物反應(yīng)器和固體載體用于甲烷生產(chǎn)；申請(qǐng)?zhí)枮?00910195302.8的專利申請(qǐng)公開了一種采用污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷；申請(qǐng)?zhí)枮?01310572573.7的專利申請(qǐng)公開了一種利用生活垃圾與牲禽混合厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷的方法。
上述方法主要是基于合成氣或生物發(fā)酵直接生產(chǎn)或聯(lián)產(chǎn)甲烷。要么需要具有足夠大的規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)，主要采用炭質(zhì)原料氣化的合成氣或熱解的焦?fàn)t氣等富含一氧化碳和氫氣的混合氣體為原料，因此必須同時(shí)考慮季節(jié)性影響帶來(lái)的調(diào)峰問(wèn)題；要么基于生物質(zhì)厭氧發(fā)酵，需要考慮生產(chǎn)半徑和很大的場(chǎng)地占用，生產(chǎn)效率較低，應(yīng)用范圍受限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)甲烷成本高、生產(chǎn)效率低、調(diào)峰等問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置及工藝，該裝置具有原料易于儲(chǔ)存、裝置體積小、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，同時(shí)本發(fā)明的工藝具有生產(chǎn)效率高，甲烷轉(zhuǎn)化率高，使用靈活方便，適合用作分布式能源，或者與其他甲烷生產(chǎn)工藝互補(bǔ)，用于不具有管輸天然氣的城鎮(zhèn)，或者與生物發(fā)酵互補(bǔ)解決分散的城鎮(zhèn)用能問(wèn)題等。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：
本發(fā)明提供一種撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置，該撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置包括第一進(jìn)料泵、第二進(jìn)料泵、精脫硫反應(yīng)器、加熱爐、烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器、深度甲烷化反應(yīng)器、氣液分離器和膜分離器；
所述第一進(jìn)料泵與所述精脫硫反應(yīng)器相連通，所述精脫硫反應(yīng)器與所述加熱爐相連通，所述第二進(jìn)料泵與所述加熱爐相連通，所述加熱爐、所述烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器、所述深度甲烷化反應(yīng)器和所述氣液分離器依次相連通，所述氣液分離器的氣體出口端與所述膜分離器相連通，所述膜分離器的甲烷出口端產(chǎn)生甲烷，所述膜分離器的尾氣出口端與所述加熱爐相連通。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，該撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置還包括第一換熱器和第二換熱器，所述烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的出口端與所述第一換熱器相連通，所述第一換熱器與所述深度甲烷化反應(yīng)器相連通，所述深度甲烷化反應(yīng)器與所述第二換熱器相連通，所述第二換熱器與所述氣液分離器相連通。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，該撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置還包括甲烷儲(chǔ)存罐，所述膜分離器的甲烷出口端與所述甲烷儲(chǔ)存罐相連通。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述精脫硫反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置有脫硫劑床層，所述脫硫劑床層上裝載有cu/分子篩脫硫劑，該cu/分子篩脫硫劑的牌號(hào)為sq-108。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)化催化劑床層，所述轉(zhuǎn)化催化劑床層裝載有未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑，該未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑可以通過(guò)市售購(gòu)買，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室制備得到。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑中氧化鎳的含量大于等于60％，其余為氧化鋁。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑是通過(guò)以下制備方法制備得到的：
稱取硝酸鎳、硝酸鋁，加入田菁粉和脫鹽水配制成混合溶液a；向混合溶液a中加入尿素，攪拌使其溶解，然后置于帶加熱的回流裝置中，邊攪拌邊加熱，使尿素緩慢分解并將鎳離子和鋁離子沉淀為均勻的混合物b；充分沉淀后，停止加熱，待溶液冷卻后，采用板框壓濾機(jī)壓濾并用水洗滌沉淀得到濾餅；將濾餅烘干得到ni/al2o3的催化劑前體；向干燥后的ni/al2o3的催化劑前體中加入石墨粉和田菁粉，進(jìn)行擠壓、造粒，然后打片成型為顆粒并升溫焙燒，自然降溫，得到未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑是通過(guò)以下制備方法制備得到的：
按ni:al原子比1:1配料計(jì)量稱取硝酸鎳、硝酸鋁，并加入硝酸鎳和硝酸鋁總質(zhì)量2％的田菁粉和脫鹽水配制成金屬離子濃度為1-2mol/l的混合溶液a1；
向混合溶液a1中加入尿素，添加的尿素量按摩爾數(shù)計(jì)量為：n(co(nh2)2)＝1.2×[n(ni)+1.5n(al)]，攪拌使其溶解，然后置于帶加熱的回流裝置中，邊攪拌邊加熱到100℃，并保持24小時(shí)，使尿素緩慢分解并將鎳離子和鋁離子沉淀為均勻的混合物b1；
充分沉淀后，停止加熱，待溶液冷卻后，采用板框壓濾機(jī)壓濾以及與混合物b1等體積的去離子水洗滌沉淀三次得到濾餅；
將濾餅放入烘箱中，從室溫以1℃/min的速度升溫至80℃，在循環(huán)熱風(fēng)中保持干燥12小時(shí)，得到ni/al2o3的催化劑前體；
向干燥后的ni/al2o3的催化劑前體中加入其質(zhì)量1％的石墨粉和2％的田菁粉，進(jìn)行擠壓、造粒，然后打片成型為6×6mm圓柱形顆粒，然后以5℃/min的速度升溫至650℃，保持溫度焙燒12小時(shí)，自然降溫，得到未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑。
在進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，將未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑裝載于轉(zhuǎn)化催化劑床層上，通過(guò)常規(guī)方法還原成ni/al2o3催化劑。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述深度甲烷化反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置有甲烷化催化劑床層，所述甲烷化催化劑床層裝載有未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑，該未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑可以通過(guò)市售購(gòu)買，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室制備得到。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑中氧化鎳的含量大于等于50％，氧化鑭的含量為3％，其余為氧化鋁。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑是通過(guò)以下制備方法制備得到的：
以擬薄水鋁石為原料進(jìn)行焙燒，自然降溫得到高溫制備的氧化鋁；采用硝酸鎳和硝酸鑭配制成溶液，采用碳酸銨沉淀，過(guò)濾后進(jìn)行升溫加熱，然后自然降溫得到鎳鑭氧化物；將高溫制備的氧化鋁與鎳鑭氧化物混合得到混合物c，然后加入石墨粉和田菁粉，并放入球磨機(jī)中球磨，充分混合后，打片成型為顆粒；將成型的顆粒進(jìn)行焙燒，然后自然降溫，得到未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑是通過(guò)以下制備方法制備得到的：
以擬薄水鋁石為原料，以5℃/min的速度升溫至950℃焙燒6小時(shí)，自然降溫得到高溫制備的氧化鋁；
采用硝酸鎳和硝酸鑭按照ni:la原子比36:1為配制成2mol/l的溶液，采用碳酸銨沉淀，過(guò)濾后以5℃/min的速度升溫至350℃，保持6小時(shí)，然后自然降溫得到鎳鑭氧化物；
將高溫制備的氧化鋁與鎳鑭氧化物按質(zhì)量比50:50混合得到混合物c1，然后按照混合物c1的質(zhì)量加入1％的石墨粉和2％的田菁粉，放入球磨機(jī)中球磨2小時(shí)，充分混合后，打片成型為6×6mm圓柱形顆粒；
將成型的圓柱形顆粒球以5℃/min的速度升溫至550℃，保持溫度焙燒12小時(shí)，然后自然降溫，得到未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑。
在進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，將未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑裝載于甲烷化催化劑床層上通過(guò)常規(guī)方法還原成ni/la2o3/al2o3催化劑。
上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置中，優(yōu)選地，所述膜分離器中采用的膜為聚酰亞胺中空纖維膜。
本發(fā)明還提供一種低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝，其采用上述撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置進(jìn)行，包括以下步驟：
步驟一，將低碳烴通過(guò)第一進(jìn)料泵輸送至精脫硫反應(yīng)器內(nèi)部的脫硫劑床層上進(jìn)行脫硫處理，使總硫量小于1ppm；
步驟二，經(jīng)過(guò)脫硫處理后的低碳烴與經(jīng)由第二進(jìn)料泵輸送的水混合一并輸送至加熱爐進(jìn)行升溫加熱，經(jīng)過(guò)加熱后的混合物輸送至烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)的轉(zhuǎn)化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，得到含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氫氣的合成氣；
步驟三，將合成氣經(jīng)由第一換熱器降溫后輸送至深度甲烷化反應(yīng)器內(nèi)的甲烷化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，進(jìn)一步使合成氣中的一氧化碳、二氧化碳和氫氣催化轉(zhuǎn)化為甲烷，得到甲烷和尾氣的混合氣；
步驟四，將混合氣經(jīng)由第二換熱器降溫后輸送至氣液分離器內(nèi)進(jìn)行脫水處理；
步驟五，經(jīng)過(guò)脫水后的混合氣輸送至膜分離器中進(jìn)一步分離出甲烷氣體和尾氣，甲烷氣體輸送至甲烷儲(chǔ)存罐中，尾氣輸送至加熱爐中燃燒回收熱量。
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，優(yōu)選地，所述烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)催化反應(yīng)的溫度為350-550℃，壓力為常壓至6mpa，碳空速為300-3000h-1，水碳比為(1-4)：1。
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，優(yōu)選地，所述深度甲烷化反應(yīng)器內(nèi)催化反應(yīng)的溫度為240-650℃，壓力為常壓至6mpa，碳空速為1000-3000h-1，水碳比為(1-4)：1。
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，優(yōu)選地，所述第一換熱器降溫處理后，合成氣的溫度為250-300℃。
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，優(yōu)選地，所述低碳烴為c4-c10的輕質(zhì)飽和烴；更加優(yōu)選地，所述低碳烴可以包括油田氣、液化石油氣和石腦油中等的一種或多種的組合。本發(fā)明所采用的低碳烴原料均為輕質(zhì)低碳烴，這些原料易于液化和儲(chǔ)運(yùn)，具有很高的能量密度，體積小，便于撬裝化。
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，低碳烴原料脫硫凈化處理是采用泵加壓進(jìn)入cu/分子篩脫硫劑床層中，直接將其中的硫化物吸附脫除，原料由此得到凈化，凈化后的原料中對(duì)后續(xù)加工有害的硫化物總硫含量控制在1ppm以下，由此保證后續(xù)轉(zhuǎn)化過(guò)程能夠順利進(jìn)行。
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，經(jīng)過(guò)加熱后的混合物輸送至烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器(裝填了未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑的絕熱固定床反應(yīng)器)進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)的溫度為350-550℃，壓力為常壓至6mpa，碳空速為300-3000h-1，低碳烴在該催化劑上發(fā)生下表1所示的系列復(fù)雜反應(yīng)。在此，低碳烴全部轉(zhuǎn)化為ch4，co2，co等碳一化合物和h2。通常這些反應(yīng)因放熱大于吸熱會(huì)導(dǎo)致出口氣體的溫度上升，產(chǎn)品氣中ch4含量可高達(dá)50％，具體含量與原料和工藝條件密切相關(guān)。
表1
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，經(jīng)由烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器生成的合成氣通常含有較多的co2、h2和少量co。一般而言，該物流的溫度也較高，因絕熱溫升通?？蛇_(dá)500℃以上。為此，該物流需要經(jīng)過(guò)第二換熱器降溫到約300℃左右，輸送至深度甲烷化反應(yīng)器(裝填高效的co2甲烷化和co甲烷化未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑的固定床反應(yīng)器)，將部分co2、幾乎全部co和h2轉(zhuǎn)化為ch4，獲得含ch4為主、少量co2和微量co與h2的甲烷化混合氣。采用低碳輕質(zhì)飽和烴，ch4的質(zhì)量產(chǎn)率可以達(dá)到85％以上。
上述低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝中，膜分離器中，采用聚酰亞胺中空纖維膜，在優(yōu)選的情況下，使用兩級(jí)膜分離提純，可以獲得ch4含量高達(dá)97％的產(chǎn)品氣體，ch4回收率達(dá)到95％以上。分離后的尾氣用作燃燒爐燃料加熱原料，高濃度ch4產(chǎn)品氣進(jìn)入緩沖儲(chǔ)罐供用戶使用。
本發(fā)明提供的撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置具有原料易于儲(chǔ)存、裝置體積小、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，易于模塊化，適合撬裝設(shè)計(jì)，易于設(shè)計(jì)制造和商業(yè)化應(yīng)用；同時(shí)本發(fā)明采用該裝置進(jìn)行低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝具有生產(chǎn)效率高，甲烷轉(zhuǎn)化率高，高達(dá)97％以上，產(chǎn)品熱值高，可按需生產(chǎn)，使用靈活方便，適合用于分布式能源和調(diào)峰，既可與生物發(fā)酵制甲烷互補(bǔ)，又可用于不便于管輸?shù)枰褂们鍧嵞茉吹牡胤健?/p>
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置示意圖；
附圖符號(hào)說(shuō)明：
1第一進(jìn)料泵，2第二進(jìn)料泵，3精脫硫反應(yīng)器，4加熱爐，5烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，6第一換熱器，7深度甲烷化反應(yīng)器，8第二換熱器，9氣液分離器，10膜分離器，11甲烷儲(chǔ)存罐。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置，如圖1所示，該撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置包括第一進(jìn)料泵1、第二進(jìn)料泵2、精脫硫反應(yīng)器3、加熱爐4、烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器5、第一換熱器6、深度甲烷化反應(yīng)器7、第二換熱器8、氣液分離器9、膜分離器10和甲烷儲(chǔ)存罐11；
第一進(jìn)料泵1與精脫硫反應(yīng)器3相連通，精脫硫反應(yīng)器3與加熱爐4相連通，第二進(jìn)料泵2與加熱爐4相連通，加熱爐4與烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器5相連通，烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器5與第一換熱器6相連通，第一換熱器6與深度甲烷化反應(yīng)器7相連通，深度甲烷化反應(yīng)器7與第二換熱器8相連通，第二換熱器8與氣液分離器9相連通，氣液分離器9的氣體出口端與膜分離器10相連通，膜分離器10的甲烷出口端與甲烷儲(chǔ)存罐11相連通，膜分離器10的尾氣出口端與加熱爐4相連通。
精脫硫反應(yīng)器3內(nèi)部設(shè)置有脫硫劑床層，所述脫硫劑床層上裝載有cu/分子篩脫硫劑，該cu/分子篩脫硫劑的牌號(hào)為sq-108；烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器5內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)化催化劑床層，所述轉(zhuǎn)化催化劑床層裝載有未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑，該未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑中氧化鎳的含量大于等于60％，其余為氧化鋁；深度甲烷化反應(yīng)器7內(nèi)部設(shè)置有甲烷化催化劑床層，所述甲烷化催化劑床層裝載有未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑，該未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑中氧化鎳的含量大于等于50％，氧化鑭的含量為3％，其余為氧化鋁；膜分離器10中采用的膜為聚酰亞胺中空纖維膜。
本實(shí)施例中，未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑的制備方法為：
按ni:al原子比1:1配料計(jì)量稱取硝酸鎳、硝酸鋁，并加入硝酸鎳和硝酸鋁總質(zhì)量2％的田菁粉和水配制成金屬離子濃度為1-2mol/l的混合溶液a；
向混合溶液中加入尿素，添加的尿素量按摩爾數(shù)計(jì)量為：n(co(nh2)2)＝1.2×[n(ni)+1.5n(al)]，攪拌使其溶解，然后置于帶加熱的回流裝置中，邊攪拌邊加熱到100℃，并保持24小時(shí)，使尿素緩慢分解并將鎳離子和鋁離子沉淀為均勻的混合物b；
充分沉淀后，停止加熱，待溶液冷卻后，采用板框壓濾機(jī)壓濾以及與混合物b等體積的去離子水洗滌沉淀三次得到濾餅；
將濾餅放入烘箱中，從室溫按1℃/min的速度升溫至80℃，在循環(huán)熱風(fēng)中保持干燥12小時(shí)，得到ni/al2o3的催化劑前體；
將干燥后的ni/al2o3的催化劑前體中加入其質(zhì)量1％的石墨粉和2％的田菁粉，進(jìn)行擠壓、造粒，然后打片成型為6×6mm圓柱形顆粒，然后按照5℃/min的速度升溫至650℃，保持溫度焙燒12小時(shí)，自然降溫，從而制備得到未經(jīng)還原的ni/al2o3催化劑。進(jìn)行催化時(shí)，將其裝載于轉(zhuǎn)化催化劑床層上通過(guò)常規(guī)方法還原成ni/al2o3催化劑。
本實(shí)施例中，未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑的制備方法為：
以擬薄水鋁石為原料，按5℃/min的速度升溫至950℃焙燒6小時(shí)，自然降溫得到高溫制備的氧化鋁；
采用硝酸鎳和硝酸鑭按照ni:la原子比36:1為配制成2mol/l的溶液，采用碳酸銨沉淀，過(guò)濾后以5℃/min的速度升溫至350℃，保持6小時(shí)，然后自然降溫得到鎳鑭氧化物；
將高溫制備的氧化鋁與鎳鑭氧化物按質(zhì)量比50:50混合得到混合液c，然后按照混合液c的質(zhì)量加入1％的石墨粉和2％的田菁粉，放入球磨機(jī)中球磨2小時(shí)，充分混合后，打片成型為6×6mm圓柱形顆粒；
將成型的圓柱形顆粒球以5℃/min的速度升溫至550℃，保持溫度焙燒12小時(shí)，然后自然降溫，得到未經(jīng)還原的ni/la2o3/al2o3催化劑。進(jìn)行催化時(shí)，將其裝載于甲烷化催化劑床層上通過(guò)常規(guī)方法還原成ni/la2o3/al2o3催化劑。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝，其采用實(shí)施例1中提供的撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置進(jìn)行，本實(shí)施例中低碳烴為液化石油氣，該工藝包括以下步驟：
步驟一，將液化石油氣通過(guò)第一進(jìn)料泵1按照820kg/h質(zhì)量流量輸送至精脫硫反應(yīng)器3內(nèi)部的脫硫劑床層上進(jìn)行脫硫處理，經(jīng)過(guò)脫硫處理后，液化石油氣中總硫含量由55.9ppm降到0.8ppm；
步驟二，經(jīng)過(guò)脫硫處理后的液化石油氣與經(jīng)由第二進(jìn)料泵2輸送的水混合一并輸送至加熱爐4進(jìn)行升溫加熱，水的進(jìn)料流量為1000kg/h，控制混合物的進(jìn)料壓力為1mpa，升溫加熱至370℃的混合物輸送至烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器5內(nèi)的轉(zhuǎn)化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，得到的合成氣中干氣體成分中ch469.1％，co219％，co0.6％，h211.3％，該合成氣中還含有較多水蒸氣，合成氣溫度為455℃；
步驟三，將合成氣經(jīng)由第一換熱器6降溫至250℃后輸送至深度甲烷化反應(yīng)器7內(nèi)的甲烷化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，進(jìn)一步使合成氣中的一氧化碳、二氧化碳和氫氣催化轉(zhuǎn)化為甲烷，得到甲烷和尾氣的混合氣，其中出口干氣體成分中ch478.5％，co218.8％，co0.2％，h22.4％，含水量為36.7％，溫度為320℃；
步驟四，將混合氣經(jīng)由第二換熱器8降溫后輸送至氣液分離器9內(nèi)進(jìn)行脫水處理，脫水量為600kg/h；
步驟五，經(jīng)過(guò)脫水后的混合氣輸送至膜分離器10中進(jìn)一步分離出約950nm3/h的甲烷氣體和余量的尾氣，甲烷氣體輸送至甲烷儲(chǔ)存罐中，尾氣輸送至加熱爐中燃燒回收熱量。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝，其采用實(shí)施例1中提供的撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置進(jìn)行，本實(shí)施例中低碳烴為油田氣，該工藝包括以下步驟：
步驟一，將某油田氣通過(guò)第一進(jìn)料泵1按照1000kg/h質(zhì)量流量輸送至精脫硫反應(yīng)器3內(nèi)部的脫硫劑床層上進(jìn)行脫硫處理，經(jīng)過(guò)脫硫處理后，油田氣中總硫含量由30ppm降到0.7ppm；
步驟二，經(jīng)過(guò)脫硫處理后的油田氣與經(jīng)由第二進(jìn)料泵2輸送的水混合一并輸送至加熱爐4進(jìn)行升溫加熱，水的進(jìn)料流量為2000kg/h，控制混合物的進(jìn)料壓力為3mpa，升溫加熱至350℃的混合物輸送至烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器5內(nèi)的轉(zhuǎn)化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，得到的合成氣中干氣體成分中ch471.4％，co220.3％，co0.2％，h28.1％，該合成氣中還含有較多水蒸氣，合成氣溫度為430℃；
步驟三，將合成氣經(jīng)由第一換熱器6降溫至300℃后輸送至深度甲烷化反應(yīng)器7內(nèi)的甲烷化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，進(jìn)一步使合成氣中的一氧化碳、二氧化碳和氫氣催化轉(zhuǎn)化為甲烷，得到甲烷和尾氣的混合氣，其中出口干氣體成分中ch477.4％，co220.1％，co0.02％，h22.4％，含水量為53.7％，溫度為330℃；
步驟四，將混合氣經(jīng)由第二換熱器8降溫后輸送至氣液分離器9內(nèi)進(jìn)行脫水處理，脫水量為1400kg/h；
步驟五，經(jīng)過(guò)脫水后的混合氣輸送至膜分離器10中進(jìn)一步分離出約1170nm3/h的甲烷氣體和余量的尾氣，甲烷氣體輸送至甲烷儲(chǔ)存罐中，尾氣輸送至加熱爐中燃燒回收熱量。
實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝，其采用實(shí)施例1中提供的撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置進(jìn)行，本實(shí)施例中低碳烴為石腦油，該工藝包括以下步驟：
步驟一，將液化石油氣通過(guò)第一進(jìn)料泵1按照1200kg/h質(zhì)量流量輸送至精脫硫反應(yīng)器3內(nèi)部的脫硫劑床層上進(jìn)行脫硫處理，經(jīng)過(guò)脫硫處理后，石腦油中總硫含量由70ppm降到0.9ppm；
步驟二，經(jīng)過(guò)脫硫處理后的石腦油與經(jīng)由第二進(jìn)料泵2輸送的水混合一并輸送至加熱爐4進(jìn)行升溫加熱，水的進(jìn)料流量為2000kg/h，控制混合物的進(jìn)料壓力為5mpa，升溫加熱至360℃的混合物輸送至烴-水轉(zhuǎn)化反應(yīng)器5內(nèi)的轉(zhuǎn)化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，得到的合成氣中干氣體成分中ch471.8％，co221.9％，co0.2％，h26.1％，該合成氣中還含有較多水蒸氣，合成氣溫度為440℃；
步驟三，將合成氣經(jīng)由第一換熱器6降溫至280℃后輸送至深度甲烷化反應(yīng)器7內(nèi)的甲烷化催化劑床層上進(jìn)行催化反應(yīng)，進(jìn)一步使合成氣中的一氧化碳、二氧化碳和氫氣催化轉(zhuǎn)化為甲烷，得到甲烷和尾氣的混合氣，其中出口干氣體成分中ch477％，co221.9％，co0.01％，h21.1％，含水量為49.7％，溫度為310℃；
步驟四，將混合氣經(jīng)由第二換熱器8降溫后輸送至氣液分離器9內(nèi)進(jìn)行脫水處理，脫水量為1300kg/h；
步驟五，經(jīng)過(guò)脫水后的混合氣輸送至膜分離器10中進(jìn)一步分離出約1250nm3/h的甲烷氣體和尾氣，甲烷氣體輸送至甲烷儲(chǔ)存罐中，尾氣輸送至加熱爐中燃燒回收熱量。
綜上所述，本發(fā)明提供的撬裝式低碳烴生產(chǎn)甲烷的裝置具有原料易于儲(chǔ)存、裝置體積小、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，易于模塊化，適合撬裝設(shè)計(jì)，易于設(shè)計(jì)制造和商業(yè)化應(yīng)用；同時(shí)本發(fā)明采用該裝置進(jìn)行低碳烴生產(chǎn)甲烷的工藝具有生產(chǎn)效率高，甲烷轉(zhuǎn)化率高，高達(dá)97％以上，產(chǎn)品熱值高，可按需生產(chǎn)，使用靈活方便，適合用于分布式能源和調(diào)峰，既可與生物發(fā)酵制甲烷互補(bǔ)，又可用于不便于管輸?shù)枰褂们鍧嵞茉吹牡胤健?/p>