1.一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于包括如下步驟:
(1)將催化劑裝填進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器R1、R2、R3、R4、R5,經(jīng)過還原預(yù)處理,然后進(jìn)行甲烷化反應(yīng);
(2)反應(yīng)過程中,合成氣經(jīng)過預(yù)熱分為二部分,第一部分合成氣與水蒸氣混合組成混合原料氣,并經(jīng)過預(yù)熱分為二部分,一部分混合原料氣從頂部進(jìn)入裝有催化劑的第一甲烷化反應(yīng)器R1進(jìn)行反應(yīng),第一甲烷化反應(yīng)器R1的出口氣通過廢熱鍋爐回收熱量并進(jìn)行氣體冷卻;另一部分混合原料氣從頂部進(jìn)入裝有催化劑的第二甲烷化反應(yīng)器R2進(jìn)行反應(yīng),第二甲烷化反應(yīng)器R2的出口氣通過廢熱鍋爐回收熱量并進(jìn)行氣體冷卻;
(3)第二部分合成氣和從第一甲烷化反應(yīng)器R1及第二甲烷化反應(yīng)器R2出來的出口氣一起從頂端進(jìn)入反裝有催化劑的第三甲烷化反應(yīng)器R3進(jìn)行反應(yīng),出口氣通過廢熱鍋爐回收熱量并進(jìn)行氣體冷卻;
(4)從第三甲烷化反應(yīng)器R3出來的出口氣從頂部進(jìn)入裝有催化劑的第四甲烷化反應(yīng)器R4進(jìn)行反應(yīng),出口氣通過冷卻器對氣體冷卻,隨后通過氣液分離器除去冷凝水;
(5)從氣液分離器分離出來的氣體經(jīng)預(yù)熱后從頂部進(jìn)入裝有催化劑的第五甲烷化反應(yīng)器R5進(jìn)行反應(yīng),出口氣通過冷卻器對氣體冷卻,隨后通過氣液分離器除去冷凝水,得到代用天然氣。
2.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的合成氣為煤炭經(jīng)過氣化、水汽變換和低溫甲烷化過程制備的合成氣。
3.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的甲烷化反應(yīng)器R1~R5均為絕熱固定床反應(yīng)器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的合成氣壓力為1~5MPa,反應(yīng)器R1、R2、R3、R4、R5入口溫度均控制在280~350℃區(qū)間,出口溫度分別控制在550~690℃、550~690℃、500~690℃、450~650℃、380~600℃,以主反應(yīng)器R3為基準(zhǔn),氣體體積空速為10000~150000L·kg-1·h-1。
5.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的合成氣與水蒸氣的摩爾比為0.46~1.46:1。
6.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的合成氣中氫碳摩爾比控制在(H2-CO2)/(CO+CO2)=3.0~3.5。
7.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的反應(yīng)器R1和R2催化劑床層高徑比為1:2.0~2.5,反應(yīng)器R3的催化劑床層高徑比為1: 1.5~2.0,反應(yīng)器R4的催化劑床層高徑比為1:0.8~1.2,反應(yīng)器R5的催化劑床層高徑比為1:0.3~0.7。
8.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的合成氣在R1、R2、R3反應(yīng)器中的體積分配比例為(R1+R2):R3=2.0
~3.5:1,在反應(yīng)器R1和R2的氣體體積流量相同。
9.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的反應(yīng)器R1和R2中采用鎳或鉬催化劑,催化劑中鎳或鉬質(zhì)量百分比為5%~15%,其余為γ-Al2O3載體;反應(yīng)器R3~R5中采用鎳催化劑,其中反應(yīng)器R3中催化劑鎳質(zhì)量百分比為10%~20%,其余為γ-Al2O3載體;反應(yīng)器R4中催化劑鎳質(zhì)量百分比為25%~45%其余為γ-Al2O3載體;反應(yīng)器R5中催化劑鎳質(zhì)量百分比為30~60%,其余為γ-Al2O3載體。
10.如權(quán)利要求9所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的催化劑均采用浸漬法制備,其制備過程如下:配制陽離子濃度為0.5~1.3g/ml的鉬酸銨或硝酸鎳溶液,向其中加入10~40目的γ-Al2O3載體粉末,在攪拌條件下浸漬12~24h,浸漬結(jié)束后將懸濁液于60~90℃水浴條件下加熱濃縮,隨后在550~650℃焙燒6~12h,焙燒后研磨至10~40目。
11.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的反應(yīng)器R1、R2、R3中采用催化劑和石英砂混合裝填,其中反應(yīng)器R1和R2中催化劑和石英砂裝填質(zhì)量之比為1:0.8~2.0,反應(yīng)器R3中催化劑和石英砂裝填量之比為1:0.5~1.0,反應(yīng)器R4和R5中裝填催化劑。
12.如權(quán)利要求1所述的一種煤制合成氣進(jìn)行甲烷化合成代用天然氣的工藝,其特征在于所述的催化劑預(yù)還原條件如下:
還原氣由氮?dú)夂蜌錃饨M成,氣體體積組成為:氫氣5~15%,氮?dú)?5~95%;壓力為1~5MPa,還原氣空速為1000~5000L·kg-1·h-1,還原時(shí)間36~48h,還原溫度400~500℃。