[发明专利]煤制天然气的甲烷化工艺及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤制天然气的甲烷化工艺及其系统。

背景技术

煤制天然气技术是通过煤气化生产的粗煤气分别经CO变换调节至合适的H/CO，再经净化脱除酸性气体及其余杂质后，合格的净化气经甲烷化反应生成满足国家天然气标准要求的合成天然气。

甲烷化是一个强放热过程，研究表明，每转化1%的CO的绝热温升超过70℃。煤制天然气项目的甲烷化反应具有CO浓度高，放热量大，反应温度高的特点，对设备及管道的材料要求很高。甲烷化工艺中对反应平衡和反应温度的控制，以及对于大量的高温反应热的回收极其重要。

现有已经公开的用于煤制天然气的甲烷化工艺有以下几个方面的不足：

1.对于反应温度和反应平衡的控制，采取在反应器入口加入蒸汽提高合成气中含水量的方式解决，由于蒸汽是间断加入，蒸汽管道中的死区由于热量的损失容易产生蒸汽冷凝液，瞬间将蒸汽加入到反应器中容易造成冷凝液直接与催化剂接触，造成对催化剂的损害。

2.甲烷化是一个强放热过程，甲烷反应器内温度控制及为重要，既然保证合成气甲烷化，也不可使甲烷化反应过深，若反应温度不能得到有效控制，则会存在反应超温损坏催化剂和设备的问题。特别是对于串联的前两级甲烷反应器而言，其甲烷化反应最为强烈，也最容易造成反应温度过高的问题。

3.单独设置精脱硫反应器，增加装置投资。

4.主甲烷化反应器出口温度高达600℃，合成气中含有大量的CH₄、CO等，在此温度下，容易与设备的金属部分发生金属粉尘化反应。金属粉尘化反应会严重影响设备的使用寿命，而主甲烷反应器的出口一般还设置有余热回收系统（如蒸汽过热器），对于在余热回收的过程中如何避免该反应尚没有明确的解决方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、设备运行和投资成本低、节能环保、设备使用寿命长的煤制天然气的甲烷化工艺。

本发明还提供一种用于上述甲烷化工艺的系统，具有系统运行可靠性高、催化剂使用寿命长、热能回收效果好的优点。

技术方案包括来自上游净化装置的净化气依次经四个串联的甲烷反应器、2#锅炉给水预热器以及2#分离器后得到合成天然气，所述净化气经喷射器与间断供给的锅炉给水混合喷出后，再经净化气预热器升温至280℃-350℃，经1#分离器分离后净化气和蒸汽的混合气再送入2个串并联的甲烷反应器，所述混合气先经1#甲烷反应器进行一次甲烷化反应，出1#甲烷反应器的合成气经1#废锅换热降温送入2#甲烷反应器进行二次甲烷化反应，出2#甲烷反应器2的合成气经2#废锅降温至450-480℃后再经蒸汽过热器获得副产的过热蒸汽后送入3#甲烷反应器进行三次甲烷反应，出3#甲烷反应器的合成气再经净化器预热器以及1#锅炉给水预热器降温后送入4#甲烷反应器进行四次甲烷化反应。

控制所述1#甲烷反应器的进口温度为260-350℃，出口温度为580-640℃；控制2#甲烷反应器的进口温度为260-330℃、出口温度为580-640℃；控制3#甲烷反应器的进口温度为250-300℃、出口温度为400-460℃；控制4#甲烷反应器的进口温度为220-260℃、出口温度为250-320℃。

所述1#甲烷反应器和2#甲烷反应器的上段设有精脱硫催化剂层，下段设有甲烷化催化剂层。

所述锅炉给水经喷射器与净化气混合，控制系统中气体含水量为为12-25%mol。

出所述1#分离器的混合气分成两股，一股送入1#甲烷反应器，另一股作为新鲜气送入2#甲烷反应器；出所述蒸汽过热器的合成气分成三股，一股入送入3#甲烷反应器，另两股经循环压缩机增加后分别循环送入1#甲烷反应器和2#甲烷反应器。

所述出所述1#分离器的混合气中进入1#甲烷反应器的量占混合气总量的35-65%mol；出所述蒸汽过热器的合成气中进入3#甲烷反应器的量占所述合成气总量的25-60%mol，进入所述1#甲烷反应器的量占所述合成气总量的35-55%mol。余量则进入2#甲烷反应器。