[发明专利]一种制合成天然气的甲烷化方法和装置

说明书

本发明公开了一种制合成天然气的甲烷化方法，经净化脱去催化剂毒物的原料气进一段甲烷化反应器进行大部分H₂和CO甲烷化反应，反应气再进二段甲烷化反应器完成其余氧化碳和氢气的甲烷化反应，达到甲烷化后干气中CH₄＞93％、热值33MJ／M³。本发明还公开了用于实现上述方法的装置。本发明是一种高效节能、紧凑的大型甲烷化制天然气工艺技术和装置，特别适用于众多合成氨厂煤气化和煤气净化为低压装置、而合成氨为中高压装置的情况，可利用我国中小型氨厂高压压缩机和高压合成装置设备改造成合成人工天然气装置，节约大量投资，具有非常重要的作用。

技术领域

本发明涉及化学工程技术领域，尤其涉及一种制合成天然气的甲烷化方法及装置。

背景技术

目前国外煤制天然气工艺，先由煤气化制合成气再经CO变换挣化，制得的合成气，再将原料合成气甲烷化制成天然气，其中关键技术甲烷化均采用高温绝热甲烷化，例如Topsφe公司的TREMP^TM工艺(朱瑞春等，“煤制天然气工艺技术研究”，《洁净煤技术》 2011年第17卷第6期，P81-85)图4，采用五台高温绝热反应器串联反应，其他如Lurgi和 DAVY甲烷化技术亦与此类似。故而工艺流程长、设备多、投资大、能耗高。

目前用含H₂、CO、CO₂甲烷化制人工天然气的甲烷化，因用原料气不同，虽然压力也高低不同(例如焦炉制天然气在1MPa上下，煤制合成气甲烷如大唐引进DAVY甲烷化为3MPa上下)，但甲烷化过程基本都是前后一个压力等级，原料气压力较低，而不加压进行甲烷化，低压甲烷化反应易控制，且减少压缩机电耗，但低压则设备庞大，例如引进的年产40亿方的天然气装置分三期，第一期年产13多亿方就设A、B二套装置，形成40亿方能力甲烷化设备多达100多台，而产品天然气用管网送气则为缩小输气管径，我国国内设计多为10MPa，也有12MPa，即甲烷化后的产品天然气需再压缩到10MPa、40℃下脱水再经水分离后还需经进一步用三甘醇脱水干燥，以保证气体露点在-3℃，而制成压缩天然气则压力更高达20MPa。由于甲烷化反应是缩体积反应，由下列反应式：

CO+3H₂=CH₄+H₂O

CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O

可见产物中CH₄平衡含量压力P提高，大大提高反应产物中甲烷化的平衡含量，高压又提高甲烷化的反应速度，故使甲烷化反应空速提高，压力下空速 V_p=V_sPⁿ，式中V为常压下空速，式中压力P的n为0.4上下。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺点，本申请提供了一种高效节能、紧凑的大型甲烷化制天然气工艺技术和装置，特别针对众多合成氨厂煤气化和煤气净化为低压装置、而合成氨为中高压装置的情况，其中很多设置还有中低压联产甲醇装置，可充分利用原有设备降低投资，具有非常重要的作用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种制合成天然气的甲烷化方法，经净化脱去催化剂毒物的原料气先在煤气化和净化压力等级下进一段甲烷化反应器进行大部分H₂和CO甲烷化反应，对CO0.5％的反应气再进二段甲烷化反应器完成其余氧化碳和氢气的甲烷化反应，达到甲烷化后干气中CH₄93％、热值 33MJ／M³；所述的一段甲烷化反应器为水冷或导热油换热副产蒸汽甲烷化反应器，所述的二段甲烷化反应器为换热甲烷化反应器或绝热甲烷化反应器

所述的水冷或导热油副产蒸汽甲烷化反应器是绕管式水冷或导热油换热副产蒸汽甲烷化反应器。