[发明专利]甲烷的合成方法与合成系统

说明书

技术领域

本申请涉及甲烷合成领域，具体而言，涉及一种甲烷的合成方法与合成系统。

背景技术

随着社会、经济的快速发展，我国天然气需求急剧攀升，在能源结构中的比例迅速增加。而国内天然气和页岩气仍处于勘探开发早期，进口也处于起步阶段，供应能力建设严重滞后，导致天然气供需矛盾日益突出。预计到2020年，需求达2600亿Nm³，届时需求缺口可能达到800亿Nm³，且天然气供应安全问题也将逐渐显现。

依据我国富煤少气的资源状况，煤制合成天然气作为一种现代煤化工技术，由于市场需求的巨大缺口，同时也凭借其较高的转化效率和合成天然气便于运输的优势，又重新站上了历史舞台。但是，在新的历史时期，该工艺如何提高系统能效、降低CO₂减排能耗等方面，仍然具有很大潜力可以探索。

煤气化所产生的煤气中通常含有较多的CO，此种煤气因其热值低和CO有毒性，不适于直接作为城市燃气和联合循环电站的燃料使用；在催化剂存在下，可将CO全部转化为甲烷，这就是合成天然气(SNG)。

目前，研究与实践大都是按照反应式进行的，使用含钴或含镍催化剂，在200～350℃下CO催化加氢反应生成甲烷。但是按照反应式(1)反应需要将氢碳比调整到3，使得变换过程消耗的蒸汽量较大，且富集CO₂的浓度较低，一般为30％～40％，在分离吸收CO₂的过程能耗较多。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种甲烷的合成方法与合成系统，以解决现有技术中的煤气转化为甲烷的过程富集的CO₂的浓度较低，分离吸收CO₂的过程的能耗较多的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种甲烷的合成方法，该合成方法包括：步骤S1，采用煤制气工艺制备含有氢气和一氧化碳的混合气；步骤S2，将上述混合气中的氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9；步骤S3，在硫化钼作催化剂的条件下，使上述氢气与上述一氧化碳反应得到甲烷。

进一步地，上述步骤S2包括：使水蒸气与上述混合气中的上述一氧化碳反应以调整上述氢气和上述一氧化碳的摩尔比。

进一步地，在使上述水蒸气与上述一氧化碳反应之前，上述合成方法还包括将上述混合气降温至150～220℃的过程。

进一步地，上述将上述混合气降温至150～220℃的过程包括：利用冷媒对上述混合气进行降温，得到压力在8～14MPa之间的高压蒸汽，优选对上述高压蒸汽进行回收利用。

进一步地，上述步骤S1中的制备过程的温度在1200℃～1400℃之间，压力在4～6.5MPa 之间。

进一步地，上述步骤S2中，上述水蒸气与上述一氧化碳的反应温度在210～420℃之间，反应压力在2～6MPa之间。

进一步地，上述步骤S3中产生压力在2～6MPa的中压蒸汽，上述合成方法还包括：对上述中压蒸汽进行回收利用的过程。

进一步地，上述步骤S3包括：步骤S31，在上述硫化钼的催化作用下，上述氢气与上述一氧化碳反应生成上述甲烷与二氧化碳的混合气体；步骤S32，脱除上述混合气体中的上述二氧化碳。

进一步地，上述步骤S31中的反应的温度在210～280℃之间，反应的压力在2.5～6MPa之间。

进一步地，上述步骤S32还包括：脱除上述混合气体中的硫化物。

根据本申请的另一方面，提供了一种甲烷的合成系统，该合成系统包括：用于提供甲烷合成所需氢气和一氧化碳的煤气化装置；用于调整氢气与一氧化碳的摩尔比的变换反应器，通过第一气体输送管道与上述煤气化装置相连；甲烷化反应器，通过第二气体输送管道与上述变换反应器相连。

进一步地，上述合成系统还包括：显热回收装置，与上述煤气化装置连接用于吸收上述一氧化碳与上述氢气的显热和/或与上述甲烷化反应器连接用于吸收上述甲烷化反应器所产生的显热。

进一步地，上述合成系统还包括：脱硫脱碳装置，与上述甲烷化反应器通过第三气体输送管道相连接。