一種生產(chǎn)合成天然氣的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)合成天然氣的方法及裝置，具體地涉及以煤或生物質(zhì)氣化產(chǎn) 物為原料生產(chǎn)合成天然氣的方法及裝置，屬于合成天然氣技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)七十年代以來，伴隨著石油危機(jī)，煤制甲烷（又稱為合成天然氣 (Synthetic Natural Gas,簡稱SNG)或代用天然氣）得到較快發(fā)展。煤制甲燒的主要方法 包括：煤加氫氣化直接生產(chǎn)甲烷和經(jīng)合成氣間接生產(chǎn)甲烷。
[0003] 煤加氫氣化直接生產(chǎn)甲烷方法主要存在以下問題：碳轉(zhuǎn)化率低、甲烷收率低、氣體 組成復(fù)雜、甲烷濃度低以及不能得到高質(zhì)量的合成天然氣等。相對(duì)來說，煤經(jīng)合成氣間接生 產(chǎn)甲烷的工藝具有技術(shù)成熟度高、碳利用率高及甲烷濃度高的顯著優(yōu)勢。
[0004] 上世紀(jì)80年代初，德國魯奇公司結(jié)合巴斯夫公司的甲烷化催化劑完成了甲烷化 工藝的開發(fā)，并成功應(yīng)用于美國大平原工廠389萬立方米/天的煤制天然氣工廠；英國煤 氣公司針對(duì)BGL氣化爐的合成氣特點(diǎn)開發(fā)了 HIC0M工藝及相應(yīng)的催化劑，并建立了 2832m3/ d的中試裝置；丹麥托普索公司成功研制了最高能耐700°C高溫的寬溫型催化劑，并開發(fā)了 TREMP完全甲烷化工藝。
[0005] 在我國，以利用煤生產(chǎn)城市煤氣為目的，在上世紀(jì)已建立較成熟的煤氣部分甲烷 化技術(shù)：如中科院大連化學(xué)物理研究所研發(fā)了 "常壓水煤氣部分甲烷化生產(chǎn)城市煤氣技 術(shù)"（項(xiàng)目年度編號(hào)0100050009,公布年份2001年）；化工部化肥研究所開發(fā)了以常壓半水 煤氣為原料氣的RHM-266型鎳系甲烷化催化劑及工藝；煤炭科學(xué)研究院開發(fā)了兩段爐水煤 氣甲烷化工藝（逢進(jìn)等，常壓兩段爐水煤氣甲烷化工藝的開發(fā)，潔凈煤技術(shù)，1998年第4卷 第1期，36~39頁）。
[0006] 然而，隨著可持續(xù)發(fā)展的需要，節(jié)能降耗、提高能源利用效率成為各技術(shù)發(fā)展的方 向和趨勢。對(duì)甲烷化過程而言，高溫、高壓操作、寬溫型催化劑有利于設(shè)備及過程強(qiáng)化，進(jìn)而 降低能耗，并提高甲烷化反應(yīng)副產(chǎn)熱品位及回收利用率。鑒于此，寬溫型甲烷化催化劑，高 溫、高壓完全甲烷化技術(shù)已成為當(dāng)前甲烷化技術(shù)的發(fā)展趨勢。目前世界上僅有美國大平原 一家甲烷化商業(yè)化工廠，且為中、低溫甲烷化技術(shù)，對(duì)于甲烷化發(fā)展趨勢的高溫、高壓完全 甲烷化技術(shù)，尚沒有工業(yè)化應(yīng)用的先例。國內(nèi)甲烷化技術(shù)目前僅停留于部分甲烷化，且催化 劑適應(yīng)溫度范圍窄，極大限制了能量的綜合利用效率；另外常壓下進(jìn)行的部分甲烷化技術(shù) 不利于反應(yīng)和設(shè)備強(qiáng)化，缺乏反應(yīng)器設(shè)計(jì)和物質(zhì)-能量的集成優(yōu)化。
[0007] 因此，仍存在提供能源利用效率高的生產(chǎn)合成天然氣的方法及裝置的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種生成合成天然氣（Synthetic Natural Gas, SNG)的方法及裝置。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0010] -方面，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)合成天然氣的方法，所述方法包括以下步驟：
[0011] a)原料氣經(jīng)第一換熱設(shè)備升溫至150~250°C，得到升溫后的原料氣，將升溫后的 原料氣按照體積比1:0. 1~1:5分成第一股原料氣和第二股原料氣；
[0012] b)將步驟a)中的所述第一股原料氣與第一股循環(huán)氣混合，得到第一混合氣，所述 第一混合氣經(jīng)第二換熱設(shè)備升溫至250~350°C，得到升溫后的第一混合氣，將升溫后的第 一混合氣通入第一甲烷化反應(yīng)器上部的催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)；
[0013] c)將步驟a)中的第二股原料氣與第二股循環(huán)氣混合，得到溫度為200~300°C的 第二混合氣，將所述第二混合氣通入所述第一甲烷化反應(yīng)器下部的催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)， 從第一甲烷化反應(yīng)器得到溫度為450~550°C的第一產(chǎn)品氣；其中，所述第二混合氣比所述 升溫后的第一混合氣的溫度低30~90°C ;
[0014] d)將步驟c)中的第一產(chǎn)品氣依次通過第三換熱設(shè)備、第四換熱設(shè)備、第二換熱設(shè) 備、第五換熱設(shè)備和第六換熱設(shè)備，得到溫度為150~250°C的降溫后的第一產(chǎn)品氣，將所 述降溫后的第一產(chǎn)品氣按照體積比1:0. 05~1:5分成循環(huán)氣和第二股第一產(chǎn)品氣；
[0015] e)將步驟d)中的循環(huán)氣通入循環(huán)壓縮機(jī)中增壓，得到增壓后的循環(huán)氣，將所述增 壓后的循環(huán)氣按照體積比1:0. 5~1:10分成所述第一股循環(huán)氣和所述第二股循環(huán)氣；
[0016] f)將步驟d)中的第二股第一產(chǎn)品氣通入第五換熱設(shè)備中升溫，得到溫度為220~ 350°C的第二反應(yīng)氣，將所述第二反應(yīng)氣通入第二甲烷化反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，得到溫度為 300~450°C的第二產(chǎn)品氣；
[0017] g)將步驟f)中的第二產(chǎn)品氣通入第一換熱設(shè)備，得到工藝氣，將所述工藝氣通入 氣液分離器中進(jìn)行氣液分離，得到溫度為20~80°C的產(chǎn)品氣SNG和工藝?yán)淠骸?br>[0018] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中，所述原料氣包括一氧化碳5~50mol%、二氧化碳 0~30mol %、氫氣20~80mol %和甲烷0~20mol %。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在所述步驟a)中，所述第一股原料氣和所述第二股原料 氣的體積比為1:0. 1~1:2,優(yōu)選為1:0. 25~1:0. 33。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在所述步驟d)中，所述循環(huán)氣和所述第二股第一產(chǎn)品氣 的體積比為1:0. 05~1:1，優(yōu)選為1:0. 15~1:0. 25。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在所述步驟e)中，所述第一股循環(huán)氣和第二股循環(huán)氣的 體積比為1:0. 5~1:5,優(yōu)選為1:2~1:3。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在所述步驟f)中，所述第二股第一產(chǎn)品氣是先經(jīng)氣液分 離后再通入第五換熱設(shè)備的。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在所述步驟f)中，所述第二反應(yīng)氣的溫度為230~ 270。。。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在所述步驟f)中，所述第二產(chǎn)品氣的溫度為350~ 400。。。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，所述第一甲烷化反應(yīng)器和第二甲烷化反應(yīng)器中的壓力為 1~lOMPa，優(yōu)選為2~4MPa。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種優(yōu)選實(shí)施方案，所述方法還包括：
[0027] 使鍋爐給水經(jīng)所述第六換熱設(shè)備升溫后進(jìn)入高壓汽包；
[0028] 使來自高壓汽包的鍋爐給水進(jìn)入所述第四換熱設(shè)備，產(chǎn)生3~lOMPa，優(yōu)選4~ 6MPa的高壓飽和蒸汽，所述高壓飽和蒸汽進(jìn)入所述高壓汽包中；和
[0029] 使來自高壓汽包的高壓飽和蒸汽通入所述第三換熱設(shè)備升溫，得到溫度為400~ 500°C的過熱蒸汽。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案，所述方法還包括：
[0031] 使第一鍋爐給水進(jìn)入高壓汽包，使來自高壓汽包的第一鍋爐給水進(jìn)入所述第四換 熱設(shè)備，產(chǎn)生3~lOMPa，優(yōu)選4~6MPa的高壓飽和蒸汽，所述高壓飽和蒸汽進(jìn)入所述高 壓汽包，使來自高壓汽包的高壓飽和蒸汽通入所述第三換熱設(shè)備升溫，得到溫度為400~ 500°C的過熱蒸汽；以及
[0032] 使第二鍋爐給水進(jìn)入低壓汽包，使來自低壓汽包的鍋爐給水進(jìn)入所述第六換熱設(shè) 備，產(chǎn)生0. 5~IMPa，優(yōu)選0. 5~0. 7MPa的低壓飽和蒸汽，所述低壓飽和蒸汽進(jìn)入所述低壓 汽包，和將來自低壓汽包的低壓飽和蒸汽送出。
[0033] 本發(fā)明的方法是以煤或生物質(zhì)氣化產(chǎn)物為原料生產(chǎn)合成天然氣的，所得的合成天 然氣產(chǎn)物中甲烷濃度高，例如，甲烷的摩爾濃度可達(dá)96%以上。
[0034] 另一方面，本發(fā)明還提供了用于上述生產(chǎn)合成天然氣的方法的裝置，所述裝置包 括：
[0035] 用于進(jìn)行甲烷化反應(yīng)的第一甲烷化反應(yīng)器；
[0036] 用于冷卻由所述第一甲烷化反應(yīng)器制得的第一產(chǎn)品氣的依次連接的第三換熱設(shè) 備、第四換熱設(shè)備、第二換熱設(shè)備、第五換熱設(shè)備和第六換熱設(shè)備，其中所述第二換熱設(shè)備 還用于加熱第一混合氣，以及所述第五換熱設(shè)備還用于加熱第二股第一產(chǎn)品氣以得到第二 反應(yīng)氣；
[0037] 用于將循環(huán)氣增壓的循環(huán)壓縮機(jī)；
[0038] 用于第二反應(yīng)氣的甲烷化反應(yīng)的第二甲烷化反應(yīng)器；
[0039] 用于冷卻由所述第二甲烷化反應(yīng)器制得的第二產(chǎn)品氣的第一換熱設(shè)備，其中所述 第一換熱設(shè)備還用于加熱原料氣；和
[0040] 用于分離工藝氣中的冷凝水進(jìn)而得到產(chǎn)品氣SNG和工藝?yán)淠旱臍庖悍蛛x器。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法和裝置，其中，所述第一甲烷化反應(yīng)器在其上部和下部分 別具有催化劑床層。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述第一甲烷化反應(yīng)器是多段絕熱固定 床反應(yīng)器。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法和裝置，其中，所述第二甲烷化反應(yīng)器為絕熱固定床甲烷 化反應(yīng)器。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法和裝置，其中，所述第一甲烷化反應(yīng)器和第二甲烷化反應(yīng) 器中所使用的合適的甲烷化催化劑包括可商購獲得的那些，例如，Davy公司的CRG系列催 化劑、Topsoe公司的MCR-2X催化劑、南方化學(xué)的G1-85和G1-86催化劑等。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明提供的裝置，其中，所述裝置還包括：通過鍋爐給水和/或蒸汽與第三 換熱設(shè)備、第四換熱設(shè)備和第六換熱設(shè)備進(jìn)行熱交換的高壓汽包和/或低壓汽包。
[0045] 此外，所述高壓汽包和所述低壓汽包還可以將飽和蒸汽輸送至換熱設(shè)備或輸送出 界區(qū)。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明提供的裝置，其中，所述第一換熱設(shè)備、第二換熱設(shè)備、第三換熱設(shè)備、 第四換熱設(shè)備、第五換熱設(shè)