一種利用合成氣制備天然氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用合成氣制備天然氣的方法，將合成氣通過脫硫脫碳后，進(jìn)入三級絕熱反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，合成氣中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷，再經(jīng)過冷凝分離，得到含甲烷95%以上的天然氣。使用該方法制備天然氣不但可以制得甲烷含量高的天然氣,而且該方法流程簡單,能耗較低。
【專利說明】一種利用合成氣制備天然氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用合成氣制備天然氣的方法，屬于煤的潔凈高效轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣是一種高效清潔的能源。近幾年，隨著“陜氣進(jìn)京”、“西氣東輸”等國家級燃?xì)廨斔凸こ痰南嗬^建成和投入使用，天然氣的需求量呈爆發(fā)式增長。據(jù)預(yù)測，2015年，中國天然氣的需求量將達(dá)到1700億Νπm~2100億Nm3，而同期的天然氣產(chǎn)量只能達(dá)到1400億Nm3，供需缺口約300億Νπm~700億Nm3。為了解決我國天然氣的供需矛盾問題，除了立足國內(nèi)資源并積極利用世界其他國家的天然氣資源外，還需尋求其他替代途徑。
[0003]利用我國相對豐富的煤炭資源，通過煤基合成氣制取天然氣是解決天然氣供需矛盾的一條有效途徑。中國石化規(guī)劃建設(shè)的“新粵浙”、“新魯”煤制天然氣專屬管道，輸氣能力為600億Nm3/a。由于供需缺口巨大，煤制天然氣項目成了我國繼煤制油之后煤化工領(lǐng)域新的投資熱點(diǎn)。目前國內(nèi)在建和已規(guī)劃的煤制SNG項目已達(dá)32個，規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)1168億Nm3/
a。其中，已有4個項目獲得了國家發(fā)改委的正式批準(zhǔn)并啟動建設(shè)，合計產(chǎn)能151億Nm3/a。因此，煤制天然氣具有廣闊的前景。
[0004]煤制天然氣一般都是先將煤氣化產(chǎn)生合成氣，合成氣再甲烷化生成天然氣。煤氣化產(chǎn)生合成氣的技術(shù)較為成熟，煤制天然氣技術(shù)的關(guān)鍵在于合成氣的甲烷化。中國專利200910055548.5公開了一種“利用合成氣制備天然氣的工藝方法”，在該工藝甲烷合成單元中，合成氣通過3~5 級甲燒合成反應(yīng),每級反應(yīng)的尾氣有部分循環(huán)回該級反應(yīng)器或前級反應(yīng)器，反應(yīng)后的尾氣進(jìn)入天然氣凈化單元。
[0005]再如中國專利201110268668.0公開了一種“煤制合成天然氣的甲烷化工藝”，該
工藝將煤造氣經(jīng)凈化和脫碳的合成氣分成三股，第一股合成氣和循環(huán)氣混合后進(jìn)入第一甲烷化反應(yīng)器，第一甲烷化反應(yīng)器出口的氣體與第二股合成氣混合后進(jìn)入第二甲烷化反應(yīng)器，第二甲烷化反應(yīng)器出口的氣體與第三股合成氣混合后進(jìn)入第三甲烷化反應(yīng)器，在第三甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行氣體冷卻后分出一部分氣體進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)升壓后作為循環(huán)氣，其余氣體依次進(jìn)入第四、第五或第六甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，最后一個甲烷化反應(yīng)器出口的氣體中甲燒干基含量大于95%。
[0006]目前國內(nèi)合成氣生產(chǎn)天然氣，多采用帶循環(huán)工藝，循環(huán)帶來了投資高、能耗高等弊端。本發(fā)明采用不帶循環(huán)工藝，流程簡單，投資省，能耗低。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種利用合成氣制備天然氣的方法。利用該方法可制得熱值較高、雜質(zhì)含量低的天然氣。
[0008]將合成氣經(jīng)過脫硫脫碳之后，進(jìn)行三級甲烷化反應(yīng)，合成氣中的氫氣與一氧化碳和二氧化碳反應(yīng)生成甲烷，經(jīng)過冷凝除水，可得到含甲烷95%以上的天然氣。
[0009]上述所述的甲烷化反應(yīng)所用的催化劑優(yōu)選以鎳負(fù)載于氧化鋁和(或)氧化鎂之上的高徑比為I的圓柱體。[0010]上述所述的第一級甲烷化反應(yīng)器優(yōu)選兩股氣體進(jìn)料。第一股氣體從反應(yīng)器頂部進(jìn)料，氣體的入口溫度優(yōu)選為180-325°c ;第二股氣體優(yōu)選從反應(yīng)器高度的1/4-3/4處進(jìn)料，氣體的入口溫度優(yōu)選為180-325°C，流量優(yōu)選為第一股進(jìn)料的20%-60%，反應(yīng)器內(nèi)壓力優(yōu)選為 1.0-4.5MPa。
[0011]上述所述的第二級甲烷化反應(yīng)器氣體的入口溫度優(yōu)選為200-355°C，壓力比第一級甲烷化反應(yīng)器的壓力低0.04-0.17MPa。
[0012]上述所述的第三級甲烷化反應(yīng)器氣體的入口溫度優(yōu)選為305_365°C，壓力比第二級甲烷化反應(yīng)器的壓力低0.04-0.17MPa。
[0013]上述所述合成氣經(jīng)過脫硫脫碳之后CO含量為18-22%(v/v)，H2含量為65-70%(v/V)，CH4 含量為 8-10% (v/v)。
[0014]上述所述第一級甲烷化反應(yīng)器的出口氣體通過一換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器。
[0015]本發(fā)明方法制備天然氣不但可以制得甲烷含量高的天然氣，而且流程簡單，能耗較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例方法的方框流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實施例。
[0018]實施例1
本實施例利用合成氣制備天然氣的方法如下，流程示意圖見圖1:
將合成氣經(jīng)過脫硫、脫碳，得到的混合氣組成(vol% )為=H2 68，CH4 9，CO 19，CO2 3，總硫含量小于0.1ppm,在負(fù)載于氧化鋁上的鎳催化下，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。第一級甲烷化反應(yīng)器的壓力約為4.5MPa，反應(yīng)器頂部進(jìn)料入口溫度約為200°C ;在距反應(yīng)器入口為總高的1/4處引入另外一股進(jìn)料，進(jìn)料流量為第一股進(jìn)料的60%，進(jìn)料溫度與組成與第一股進(jìn)料相同。
[0019]氣體從第一級甲烷化反應(yīng)器出來后，通過換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻到200°C，進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器。經(jīng)過第二級甲烷化反應(yīng)器之后，冷卻到305°C，進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器，出口氣體經(jīng)過冷凝分離得到甲烷含量95%以上的天然氣。
[0020]4Nm3合成氣可制得天然氣INm3。
[0021]實施例2
本實施例利用合成氣制備天然氣的方法如下，流程示意圖見圖1:
將合成氣經(jīng)過脫硫、脫碳，得到的混合氣組成(vol% )為=H2 68，CH4 9，CO 19，CO2 3，總硫含量小于0.lppm，在負(fù)載于氧化鋁、氧化鎂混合物上的鎳催化下，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。第一級甲烷化反應(yīng)器的壓力 約為2.5MPa，反應(yīng)器頂部進(jìn)料入口溫度約為280°C;在距反應(yīng)器入口為總高的1/2處引入另外一股進(jìn)料，進(jìn)料流量為第一股進(jìn)料的40%，進(jìn)料溫度與組成與第一股進(jìn)料相同。[0022]氣體從第一級甲烷化反應(yīng)器出來后，通過換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻到320°C，進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器。經(jīng)過第二級甲烷化反應(yīng)器之后，冷卻到345°C，進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器，出口氣體經(jīng)過冷凝分離得到甲烷含量95%以上的天然氣。
[0023]4.2Nm3合成氣可制得天然氣INm3。
[0024]實施例3
本實施例利用合成氣制備天然氣的方法如下，流程示意圖見圖1:
將合成氣經(jīng)過脫硫、脫碳，得到的混合氣組成(vol% )為=H2 68，CH4 9，CO 19，CO2 3，總硫含量小于0.lppm，在負(fù)載于氧化鋁、氧化鎂混合物上的鎳催化下，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。第一級甲烷化反應(yīng)器的壓力約為1.0MPa,反應(yīng)器頂部進(jìn)料入口溫度約為320°C;在距反應(yīng)器入口為總高的3/4處引入另外一股進(jìn)料，進(jìn)料流量為第一股進(jìn)料的20%，進(jìn)料溫度與組成與第一股進(jìn)料相同。
[0025]氣體從第一級甲烷化反應(yīng)器出來后，通過換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻到350°C，進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器。經(jīng)過第二級甲烷化反應(yīng)器之后，冷卻到365°C，進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器，出口氣體經(jīng)過冷凝分離得到甲烷含量95%以上的天然氣。
[0026]4.3Nm3合成 氣可制得天然氣INm3。
【權(quán)利要求】
1.一種利用合成氣制備天然氣的方法，將合成氣中的氫氣與一氧化碳和二氧化碳反應(yīng)生成甲烷，其特征在于:將合成氣經(jīng)過脫硫脫碳之后，經(jīng)過包含三個反應(yīng)器的多級反應(yīng)進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，經(jīng)過冷凝除水，得到含甲烷95%以上的天然氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的第一級甲烷化反應(yīng)器共有兩股氣體進(jìn)料，第一股氣體從反應(yīng)器頂部進(jìn)料，氣體的入口溫度為180-325°C ;第二股氣體從反應(yīng)器高度的1/4-3/4處進(jìn)料，氣體的入口溫度為180-325°C，流量是第一股進(jìn)料的20%_60%，反應(yīng)器內(nèi)壓力為1.0-4.5MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的第二級甲烷化反應(yīng)器氣體的入口溫度為200-355°C，壓力比第一級甲烷化反應(yīng)器的壓力低0.04-0.17MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的第三級甲烷化反應(yīng)器氣體的入口溫度為305-365°C，壓力比第二級甲烷化反應(yīng)器的壓力低0.04-0.17MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:合成氣經(jīng)過脫硫脫碳之后CO含量為18-22% (v/v) ,H2 含量為 65-70% (v/v), CH4 含量為 8-10% (v/v)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:第一級甲烷化反應(yīng)器的出口氣體通過一換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻進(jìn)入第二級甲烷化反應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于:甲烷化反應(yīng)的催化劑是以鎳負(fù)載于氧化 鋁和/或氧化鎂之上的高徑比為I的圓柱體。
【文檔編號】C10L3/08GK103849442SQ201210493613
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】孟建, 魏士新, 蔡進(jìn), 蔡成偉, 陳長新, 檀結(jié)東, 張 杰, 吳學(xué)其, 吳 琳, 朱艷芳 申請人:中國石油化工股份有限公司, 南化集團(tuán)研究院