專利名稱：一種合成天然氣工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成氣制天然氣領(lǐng)域，特別涉及在甲烷合成系統(tǒng)中能量回收利用和 減少設(shè)備投資的新工藝。
背景技術(shù)：
甲烷化技術(shù)最早應用在合成氨工藝中以除去原料氣中的CO和CO2,四十年代， 國外就十分重視甲烷化制取合格的天然氣和城市煤氣技術(shù)的研究，通過部分或者全部甲 烷化使煤氣中大部分CO與H2反應轉(zhuǎn)化為高熱值的甲烷，從而生成SNG(替代天然氣)， 甲烷合成反應是強放熱反應，絕熱溫升的數(shù)值大致為CO+3H2 — CH4+H20, UH029i = -206.2kJ / molC02+4H2 — CH4+2H20, UH029^ =-\65.OkJ/mol如何高效回收利用強放熱反應放出的大量熱能是影響合成氣制天然氣經(jīng)濟性的 關(guān)鍵問題。目前，對于甲烷合成反應產(chǎn)生的熱量采用兩種方式回收，一種方式利用多個 串聯(lián)反應器間的換熱器回收反應氣的熱量，這種方式設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，不僅可以加熱熱 水產(chǎn)生蒸汽，還可以將蒸汽加熱轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽或高壓蒸汽，但存在一定的缺點，廢 鍋和輸送管道的材質(zhì)要求高、價格昂貴，如丹麥TOPSOE公司的US4130575和德國 Metallgasellschaft公司的US4205961中采用反應器間的換熱器回收反應氣的熱量；一種方 式利用反應器內(nèi)的換熱器回收反應氣的熱量，包括催化劑床層間換熱器和催化劑床層內(nèi) 換熱器，其缺點是設(shè)備復雜，反應器需要大的換熱面積，成本過高，例如于利奇核子 研究設(shè)備公司的CN87102871A專利中反應器為列管水冷反應器，催化劑床中的合成氣相 繼流經(jīng)輸入?yún)^(qū)、高溫區(qū)(局部過熱區(qū))和氣體溫度顯著降低的輸出區(qū)，水冷卻劑轉(zhuǎn)換為過 熱蒸汽來回收甲烷化時產(chǎn)生的熱量，該工藝設(shè)備相對復雜，對材質(zhì)要求很高，熱膨脹不 均勻，沒有實現(xiàn)工業(yè)化。在美國能源研究中心申請的專利US3967936中，采用單反應器甲烷化工藝，甲 烷化反應器中至少包含兩個反應區(qū)域，反應區(qū)之間由一個非反應的區(qū)域分開。在反應區(qū) 裝填有催化劑，而非反應區(qū)不裝填催化劑；反應器出口氣體冷卻后經(jīng)過壓縮機壓縮與部 分新鮮原料氣混合，從非反應區(qū)側(cè)線進入反應器，進而調(diào)節(jié)下一反應區(qū)進口反應物料的 濃度和反應的溫度。為了保證反應后物料中甲烷的含量達到天然氣中甲烷含量的標準， 反應溫度較低，或至少反應器中的一部分在較低的操作溫度下進行甲烷化反應。這樣 反應器出口的溫度較低或中溫介質(zhì)的溫度較低，不利于甲烷化過程中所釋放化學能的回 收。本發(fā)明意在開發(fā)一種能耗低，易操作，回收熱能效率高和管道設(shè)備投資少的合 成氣生產(chǎn)天然氣的新工藝。

發(fā)明內(nèi)容
目前，合成氣生產(chǎn)甲烷的工藝已經(jīng)比較成熟，但是它們都或多或少的存在能量 回收效率不是很高，設(shè)備投資大，材質(zhì)要求高，操作復雜等問題，使得合成天然氣的經(jīng) 濟性較差。本發(fā)明提供一種合成天然氣工藝，利用循環(huán)氣、惰性氣體或者新鮮氣等與反應 后氣體在甲烷合成反應器底部混合，控制反應器出口反應氣的溫度，從而保證各股需要 進入廢鍋的氣體溫度基本一致，針對使用多個甲烷合成反應器的合成天然氣流程，本發(fā) 明采用一個中央廢鍋，使得產(chǎn)生的飽和蒸汽規(guī)格穩(wěn)定一致，有利于飽和蒸汽的收集和過 熱化的操作控制；同時從廢鍋出來的反應氣溫度基本相同，有利于多級甲烷合成反應 器的控制和操作，可以更好的避免反應器內(nèi)溫度過高導致催化劑燒結(jié)和熱失活的發(fā)生， 減少因為原料氣溫度達不到催化劑起活溫度，甚至鎳基催化劑活性組分Ni和一氧化碳 發(fā)生反應形成羰基鎳的可能性。由于將各反應器出口混合后氣體控制較低溫度(小于 550°C),可以降低對反應器與廢鍋間連接管道材質(zhì)的要求，減少廢鍋和管道的投資。所述合成天然氣的原料氣為煤、重油或生物質(zhì)氣化得到的合成氣、焦爐氣等。所述合成天然氣工藝采用多個甲烷合成反應器，通常為2 4個，優(yōu)選3 4 個。甲烷合成反應器為絕熱式反應器或換熱式反應器中的一種或兩種，反應器較佳選擇 為冷激式反應器、冷管式反應器中的一種或兩種。所述惰性氣體選自水蒸氣或氮氣等，更優(yōu)選水蒸氣。所述合成天然氣工藝可以有循環(huán)氣，也可沒有循環(huán)氣。所述各股需要進入廢鍋的氣體溫度通常為400 600°C，較佳為450 550°C。所述從中央廢鍋出來的反應氣溫度通常為200 300°C，較佳為240 280°C?？傊?，本發(fā)明合成氣生產(chǎn)天然氣的新工藝減少廢鍋和管道的投資，同時可以提 高熱量回收效率，使得工藝操作控制更容易，最終增加合成氣制天然氣的經(jīng)濟效益。


圖1為實施例1工藝流程圖。圖2為實施例2工藝流程圖。圖3為實施例3工藝流程圖。圖4為實施例4工藝流程圖。圖中El、E2——換熱器；Rl、R2、R3、R4——反應器；C——循環(huán)機。圖1為摘要附圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步的描述，以下僅為本發(fā)明的較佳實施例 而已，不能以此限定本發(fā)明的范圍。即凡是依本發(fā)明申請專利范圍所作的變化與修飾， 皆應仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。實施例1以魯奇爐典型煤氣化組成為例，組成體積百分含量如下
權(quán)利要求
1.一種合成天然氣工藝，其特征在于，利用循環(huán)氣、惰性氣體或新鮮氣與反應后氣 體在甲烷合成反應器底部混合，控制反應器出口反應氣的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，甲烷合成反應器為2 4個，優(yōu)選3 4個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，合成天然氣工藝有循環(huán)氣或沒有循環(huán)氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，惰性氣體選自水蒸氣或氮氣，更優(yōu)選水蒸氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4所述任意一種工藝，其特征在于，各反應器出口氣體溫度小于 550 "C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5所述任意一種工藝，其特征在于，多個甲烷合成反應器的合成 天然氣流程中，采用一個中央廢鍋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述工藝，其特征在于，各甲烷合成反應器需要進入中央廢鍋的氣體溫度基本一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述工藝，其特征在于，各甲烷合成反應器需要進入中央廢鍋的氣 體溫度為400 600°C，較佳為450 550°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述工藝，其特征在于，從中央廢鍋出來的反應氣溫度基本相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述工藝，其特征在于，從中央廢鍋出來的反應氣溫度為200 300 0C，較佳為 240 280 °C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種合成天然氣工藝，利用循環(huán)氣、惰性氣體或者新鮮氣等與反應后氣體在甲烷合成反應器底部混合，控制反應器出口反應氣的溫度，從而保證各股需要進入廢鍋的氣體溫度基本一致，針對使用多個甲烷合成反應器的合成天然氣流程，本發(fā)明采用一個中央廢鍋，便于飽和蒸汽的收集和過熱化的操作控制；同時從廢鍋出來的反應氣溫度基本相同，有利于多級甲烷合成反應器的控制和操作；反應器出口反應氣溫度較低可以降低對反應器與廢鍋間連接管道材質(zhì)的要求。本發(fā)明合成天然氣工藝節(jié)能技術(shù)可以減少廢鍋和管道的投資，提高熱量回收效率，使得工藝操作控制更容易，最終增加合成氣制天然氣的經(jīng)濟效益。
文檔編號C10L3/08GK102010767SQ20101056763
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉雪飛, ?？∈? 李歡, 次東輝, 蔣建明, 郭迎秋 申請人:新奧新能(北京)科技有限公司