[发明专利]一种用于粉煤气化合成气制天然气的节能工艺

说明书

技术领域

本发明涉及煤制合成天然气技术领域，尤其是涉及一种用于粉煤气化合成气制天然气的节能工艺。

背景技术

天然气是一种使用安全、热值高的清洁能源，广泛应用于发电、化工、城市燃气、汽车燃料等行业，是世界上主要的清洁能源之一。目前，在国内天然气供应紧张和天然气价格连续上涨情况下，国内许多公司将目光转向煤制天然气的项目。我国的能源结构是“缺油、少气、富煤”，煤炭资源相对丰富。因此，根据我国的能源结构特点，积极发展煤制合成天然气(SNG)，不仅可以满足国内日益增长的市场需求，而且对于保障我国的能源安全，意义重大。

现有煤制合成天然气项目的流程如图1所示，自煤气化单元的合成气，经CO变换单元调整好碳氢比后，进入气体净化单元，以脱除合成气中的H₂S等硫化物以及绝大部分CO₂气体，经过气体净化后的合成气，送入甲烷化单元发生甲烷化反应制得合成天然气(SNG)，然后经进一步脱水制得满足管网输送要求的SNG产品。在上述过程中，气体净化单元大多采用低温甲醇洗物理吸收法，低温甲醇溶剂在高压、低温下吸收变换气中的CO₂气体，吸收了CO₂的富甲醇溶剂在再生过程中通过减压、气提的方法再分离出低压、高浓度的气相CO₂气体，这股CO₂气体的压力通常在0.1～0.25MPa(G)之间，同时夹带近200ppm甲醇气体，这不但会造成甲醇溶剂的损失，而且不能满足越来越严格的环保要求。

同时在上述过程中，当煤气化单元采用气流床粉煤气化工艺时，气化单元需要大量高压力等级的CO₂气体。以操作压力为4MPa(G)的壳牌粉煤气化废锅流程为例，粉煤气化过程需要大量的8.6MPag和5.4MPag压力等级的CO₂气体，其中超高压8.6MPa(G)的CO₂气体经超高压缓冲罐缓冲后，主要用于煤粉锁斗、灰锁斗、飞灰气提等间断、大流量用户；高压5.4MPa(G)的CO₂气体用于煤粉给料罐、煤粉输送及各种吹扫的连续使用。为满足粉煤气化单元对CO₂气体高压力等级要求，一般采用压缩机将气体净化单元捕获的低压CO₂气体增压至5.4MPag和8.6MPag，此过程压缩比较大，能耗非常高，同时低压CO₂气体体积量较大，也使得该压缩机占地大、造价高。

中国科学院大连化学物理研究所申请的专利CN103242920B中，同样涉及到上述问题，该专利方法如图2所示，相较传统工艺虽然可降低CO₂捕获过程中的溶剂耗量和操作功耗，但依靠捕获获得的CO₂气体压力依然会较低，没能有效利用CO₂捕获之前的压力能，同时该专利提供的煤气化合成气制天然气工艺中，净化脱硫单元置于气化后、CO变换前，会增加装置投资和能耗，因为煤气化后的合成气一般温度较高，并伴有大量的饱和水蒸汽，采用传统的物理或化学方法净化脱硫前必须先将合成气降温并分离掉这部分水蒸汽，此过程虽然能回收部分热量副产低压蒸汽，但该过程热量回收效率低，副产的蒸汽品位差。而净化后的合成气进入后续的CO变换单元时，又需要重新补入大量的水蒸汽才能满足CO变换对水蒸汽的要求，造成双重浪费。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于粉煤气化合成气制天然气的节能工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于粉煤气化合成气制天然气的节能工艺，粉煤气化单元制得的合成气先经CO变换单元调整氢碳比，所得的变换气再进入净化脱硫单元脱除含硫组分，生成的脱硫净化气接着进入甲烷化单元完成甲烷化反应，制得的粗甲烷气经脱水深冷分离后制得中压液体CO₂和粗甲烷产品气，其中，中压液体CO₂经增压、再气化后返回粉煤气化单元，粗甲烷产品气继续经净化脱碳单元脱除剩余CO₂气体，即得到甲烷产品气。

优选的，所述的甲烷化单元由多段绝热固定床反应器或等温反应器组成，其内部填充的催化剂包括Ni基甲烷化催化剂，钌基甲烷化催化剂，或Ni基甲烷化催化剂与钌基甲烷化催化剂、CO变换催化剂的组合。

更优选的，所述的甲烷化单元中甲烷化反应过程中的反应放热由原料气、水和/或任一段反应器的出口气体移出。