專利名稱：含甲烷合成氣聯產甲醇和天然氣技術的制作方法
技術領域：
本發明屬于煤氣化綜合利用技術領域，具體為一種含甲烷合成氣聯產甲醇 和天然氣技術。
背景技術：
目前，4.0MPa (a)純氧加壓移動床固態排灰煤氣化，對于高揮發煤，粗煤 氣凈化后的合成氣中含甲垸16 17%，占煤氣熱值的40%。純氧移動床液態排渣 煤氣化，凈化后的合成氣中(:仏含量14 15%,占煤氣熱值37%左右。3MPa純氧 流化床加壓煤氣化，凈化后的合成氣中014含量8 9%，占煤氣熱值25%。煤間 接液化制合成油，尾氣中含有CH442%，占煤氣熱值70%。焦爐煤氣中C仏含量26% 左右，占焦爐煤氣熱值53%。
合成氣中甲烷的存在對甲醇合成不利，降低合成轉化率，增加弛放氣量排 放，增加原料、動力消耗，增加投資等。為了克服以上技術問題，可以采用以 下方案方案l:將合成氣中甲烷轉化成CO、 H2生產甲醇。方案2:采用深冷將 甲垸液化，CH4從合成氣中分離出來，生產液化天然氣，剩下的CO、 H2去合成甲 醇。方案1經過工廠實踐證明其工藝過程復雜，工藝流程長，原材料動力消耗 高，產品成本高，不宜選用。方案2:在建的工廠證明投資大、動力消耗大、 效益影響大。
發明內容
本發明為了解決現有技術中存在的對合成氣中甲烷處理方案的不足之處而 提供了一種含甲垸合成氣聯產甲醇和天然氣的技術。本發明是由以下技術方案實現的， 一種含甲烷合成氣聯產甲醇和天然氣技
術，含甲烷的合成氣(H2、 C0、 C02、 CH4)加壓至6-8 MPa (a)，然后與出甲醇 合成塔后的循環氣混合，混合后的氣體經過換熱至220 230'C，進入甲醇合成 塔合成甲醇，出甲醇合成塔的含甲醇氣與入塔混合氣換熱后，經過空冷器、水 冷器最終將氣體冷至40°C，甲醇被冷凝成液體而分離，分離了甲醇后的氣體一 部分作為弛放氣進入甲烷合成裝置，另一部分經循環機加壓后再循環與含甲垸 的合成氣混合并預熱到所需溫度后再進入甲醇合成塔繼續反應，
來自甲醇合成反應并分離甲醇后的弛放氣預熱至180 190°C與從第一甲烷 化反應器出來的循環氣混合后進入第一甲垸化反應器，在240 25(TC進入催化 床反應生成甲烷，經第二、第三甲垸反應器最后得到天然氣。
與現有技術相比，本發明所述技術首創了高CH4惰性氣體甲醇合成以及將甲 醇合成中產生的弛放氣中H2、 CO、 C02再合成甲垸得到天然氣的聯產工藝技術， 將兩種合成壓力、熱能利用有機的結合在一起，做到物盡其用，達到了投資省、 節能、消耗低、效益好的目的。
特別是和背景技術中所述的方案2相比較，本發明因使用的合成氣壓縮機， 甲醇合成系統與同樣規模較理想的合成氣組成相比設備能力增大，投資增加， 循環機電耗增加，但增加十分有限。通過計算可知
(1) 同樣生產150萬t/a甲醇，本發明的電耗(包括合成氣壓縮機、合成循 環機、合成天然氣循環機電耗在內)只比方案2增加36%。
(2) 本發明不消耗蒸汽，還可副產188t/h 2.6MPa (a)飽和蒸汽(甲醇合 成副產)，合成天然氣可副產4.0 MPa (a) 450。C過熱蒸汽125. 8t/h，而方案2 除副產188 t/h 2.6MPa (a)飽和蒸汽外，還要消耗8. 8 MPa (a) 535。C過熱蒸汽284 t/h， 3.4 MPa (a)、 435。C過熱蒸汽44 t/h， 0.5 MPa (g)、 158。C飽和 蒸汽5. 6t/h。
(3) 方案2需冷卻水35446t/h (冷卻水不包括甲醇合成)，而本發明僅需 1221t/h.
(4) 投資方案2僅深冷分離生產LNG需9億元人民幣(技術、關鍵設備進口 )， 而本發明包括合成氣壓縮、甲醇合成系統由于氣量增加造成投資增加1.87億 元，合成天然氣投資1. 5億元，總計約3億元，因此本發明的投資僅為方案2 投資的33%。
(5) 方案2有甲醇弛放氣約22500NmVh，弛放氣放出系統增加原材料、動力 消耗以及提高成本。本發明技術的優點是沒有弛放氣排放，天然氣壓力有6MPa
(a)左右，可遠距離輸送。
通過上述比較分析，含甲烷的合成氣生產甲醇并聯產天然氣可達到投資省、 成本低、效益好的目的。
圖1為本發明所述的工藝流程圖
圖中1-甲醇合成塔、2-氣氣換熱器、3-空冷器、4-水冷器、 5-甲醇分離器、6-循環機、7-換熱器、8-第一甲烷化反應器、 9-蒸汽過熱器、10-第一廢熱鍋爐、11-第二甲烷化反應器、 12-第二廢熱鍋爐、13-脫鹽水預熱器、14-甲垸合成循環機、 15-第三甲烷化反應器、16-底壓廢鍋、17-甲烷弛放預熱器、 18-水冷器、19-水分離器具體實施方式
以下結合圖l對本發明做進一步具體說明， 一種含甲垸合成氣聯產甲醇和
天然氣技術，含甲烷的合成氣(H2、 C0、 C02、 CH4)用合成氣壓縮機加壓至7 MPa (a)左右，然后與出甲醇合成塔l后的循環氣混合，混合后的氣體經過氣氣換 熱器2換熱至220 23(TC,進入甲醇合成塔1合成甲醇，出甲醇合成塔l的含 甲醇氣與入塔混合氣在氣氣換熱器2換熱后，經過空冷器3、水冷器4最終將 氣體冷至4(TC，甲醇被冷凝成液體而在甲醇分離器5內分離，分離了甲醇后的 氣體一部分作為弛放氣進入甲垸合成裝置，另一部分經循環機6加壓后與含甲 烷的合成氣混合并預熱到所需溫度后再進入甲醇合成塔1繼續反應，
來自甲醇合成反應并分離甲醇后的弛放氣預熱至180 190'C與從第一甲垸 化反應器出來的循環氣混合后進入第一甲烷化反應器，在240 25(TC進入催化 床反應生成甲烷，經第二、第三甲烷反應器最后得到天然氣。
根據合成氣不同的摩爾組成，確定新鮮氣中H2、 CO、 C02、 CH4的摩爾組成， 保證甲醇質量、天然氣質量，全套工藝沒有弛放氣排放，甲醇合成循環比3.5 4. 5和循環氣中惰性氣體的摩爾組成25 35%。
根據甲醇弛放氣摩爾組成，根據甲烷催化劑的特性確定合成天然氣循環機 即圖1中示意的甲烷合成循環機14的位置，確定甲烷合成循環氣與新鮮氣比、 反應器級數及各級的CO、 H2、 C02的轉化率。
如圖1所示意，甲垸化反應器使用了三個，分別為第一甲烷化反應器8， 第二甲烷化反應器ll，第三甲烷化反應器15，來自甲醇合成的弛放氣依次經過 第一甲烷化反應器8，第二甲烷化反應器ll，第三甲烷化反應器15合成甲烷。 甲垸合成循環機14與第一甲垸化反應器8形成循環回路，并位于第一廢熱鍋爐 10之后。
來自甲醇合成的弛放氣4(TC， 6.5MPa(a)經過預熱至180 19(TC與180 190°C、 6.5 MPa (a)的循環氣混合后進第一甲垸化反應器8夾套，240 250 'C進入催化床，H2、 C0、 C02發生以下反應
CO + 3//2 G C7/4 + /f2(9 + 206.3AJ7mo/
CO +//2(9 O C(92 + i/2 + 4UJ/附o/
C02 + 4//2 G OZ4 + 2i/2(9 +165 mo/
出第一甲垸化反應器8的氣體溫度55(TC進入蒸汽過熱器9，將4. 0 MPa(a) 飽和蒸汽過熱至45(TC，然后入第一廢熱鍋爐10產生4.0 MPa (a)飽和蒸汽。 出第一廢熱鍋爐10的含甲垸氣一股與循環機出口氣體換熱后，氣體溫度降至 18(TC進甲烷合成循環機14增壓，并與來自甲醇合成的弛放氣混合，再進第一 甲垸合成反應器8夾套，溫度升至240 25(TC。
出第一廢熱鍋爐10的另一股含甲垸氣經鍋爐給水預熱器后，降至1S(TC入 第二甲垸反應器11的夾套，約240 25(TC進催化劑床層，出第二甲垸化反應 器11氣體溫度36(TC左右進入第二廢熱鍋爐12生產4. 0 MPa (a)飽和蒸汽， 然后與甲醇弛放氣換熱后約23(TC進第三甲烷化合成反應器15，出來的合成天 然氣經與甲醇弛放氣預熱器17與換熱后再經鍋爐給水預熱器或低壓廢鍋16生 產0.5 MPa (a)飽和蒸汽。
第二、三甲烷合成反應器主要有以下化學反應。
CO + 3i/2 C/f 4 + //2(9 + 206， /卿/
CO + i^2<9 <^> C02 +//2 + wo/
C<92 + 4//2 C7/4 + 2//26> +165.肪膨/
經過三級反應器合成C0轉化率近100%， H2轉化率達99%， C02轉化率達91%。 天然氣低熱值達30982 kJ/Nm3 (7400kcal/Nm3)。
權利要求
1、一種含甲烷合成氣聯產甲醇和天然氣技術，其特征在于含甲烷的合成氣加壓至6-8MPa，然后與出甲醇合成塔后的循環氣混合，混合后的氣體經過換熱至220～230℃，進入甲醇合成塔合成甲醇，出甲醇合成塔的含甲醇氣與入塔混合氣換熱后，經過空冷器、水冷器最終將氣體冷至40℃，甲醇被冷凝成液體而分離，分離了甲醇后的氣體一部分作為弛放氣進入甲烷合成裝置，另一部分經循環機加壓后再循環與含甲烷的合成氣混合并預熱到所需溫度后再進入甲醇合成塔繼續反應，來自甲醇合成反應并分離甲醇后的弛放氣預熱至180～190℃與從甲烷化反應器出來的水蒸汽飽和溫度170℃的循環氣混合后進入甲烷化反應器，在240～250℃進入催化床反應生成甲烷。
2、 根據權利要求l所述的含甲烷合成氣聯產甲醇和天然氣技術，其特征在 于甲垸化反應器使用了三個，分別為第一甲垸化反應器，第二甲烷化反應器， 第三甲烷化反應器，來自甲醇合成的弛放氣依次經過一甲垸化反應器，第二甲 烷化反應器，第三甲垸化反應器最終合成了天然氣，合成反應放出的熱能分級 利用，其有效利用率達98%。
3、 根據權利要求l所述的含甲垸合成氣聯產甲醇和天然氣技術，其特征在 于甲醇合成循環比3.5 4.5，循環氣中惰性氣體的摩爾25 35%。
全文摘要
本發明屬于煤氣化綜合利用技術領域，具體為一種含甲烷合成氣聯產甲醇和天然氣技術。解決現有技術中存在的對合成氣中甲烷處理方案的不足之處。含甲烷的合成氣加壓，然后與出甲醇合成塔后的循環氣混合換熱合成甲醇，出甲醇合成塔的含甲醇氣與入塔混合氣換熱后將氣體冷確，甲醇被分離，分離了甲醇后的氣體一部分作為弛放氣進入甲烷合成裝置，另一部分經循環機加壓后再循環與含甲烷的合成氣混合后再進入甲醇合成塔繼續反應得到天然氣。該技術首創了高CH<sub>4</sub>惰性氣體甲醇合成以及將甲醇合成中產生的弛放氣再合成甲烷得到天然氣的聯產工藝技術，將兩種合成壓力、熱能利用有機的結合在一起，做到物盡其用，達到了投資省、節能、消耗低、效益好的目的。
文檔編號C07C31/04GK101293812SQ20081005522
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月16日 優先權日2008年6月16日
發明者李大尚, 梁杰華, 磊 谷, 飛 韓, 黃一民 申請人:中國石油和化工勘察設計協會煤化工設計技術中心