一種利用合成氣制備天然氣的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用合成氣制備天然氣的方法，將合成氣通過脫硫脫碳后，進入三級絕熱反應器進行甲烷化反應，合成氣中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應生成甲烷，再經過冷凝分離，得到含甲烷95%以上的天然氣。使用該方法制備天然氣不但可以制得甲烷含量高的天然氣,而且該方法流程簡單,能耗較低。
【專利說明】一種利用合成氣制備天然氣的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及利用合成氣制備天然氣的方法，屬于煤的潔凈高效轉化領域。
【背景技術】
[0002]天然氣是一種高效清潔的能源。近幾年，隨著“陜氣進京”、“西氣東輸”等國家級燃氣輸送工程的相繼建成和投入使用，天然氣的需求量呈爆發式增長。據預測，2015年，中國天然氣的需求量將達到1700億Νπm~2100億Nm3，而同期的天然氣產量只能達到1400億Nm3，供需缺口約300億Νπm~700億Nm3。為了解決我國天然氣的供需矛盾問題，除了立足國內資源并積極利用世界其他國家的天然氣資源外，還需尋求其他替代途徑。
[0003]利用我國相對豐富的煤炭資源，通過煤基合成氣制取天然氣是解決天然氣供需矛盾的一條有效途徑。中國石化規劃建設的“新粵浙”、“新魯”煤制天然氣專屬管道，輸氣能力為600億Nm3/a。由于供需缺口巨大，煤制天然氣項目成了我國繼煤制油之后煤化工領域新的投資熱點。目前國內在建和已規劃的煤制SNG項目已達32個，規劃產能達1168億Nm3/
a。其中，已有4個項目獲得了國家發改委的正式批準并啟動建設，合計產能151億Nm3/a。因此，煤制天然氣具有廣闊的前景。
[0004]煤制天然氣一般都是先將煤氣化產生合成氣，合成氣再甲烷化生成天然氣。煤氣化產生合成氣的技術較為成熟，煤制天然氣技術的關鍵在于合成氣的甲烷化。中國專利200910055548.5公開了一種“利用合成氣制備天然氣的工藝方法”，在該工藝甲烷合成單元中，合成氣通過3~5 級甲燒合成反應,每級反應的尾氣有部分循環回該級反應器或前級反應器，反應后的尾氣進入天然氣凈化單元。
[0005]再如中國專利201110268668.0公開了一種“煤制合成天然氣的甲烷化工藝”，該
工藝將煤造氣經凈化和脫碳的合成氣分成三股，第一股合成氣和循環氣混合后進入第一甲烷化反應器，第一甲烷化反應器出口的氣體與第二股合成氣混合后進入第二甲烷化反應器，第二甲烷化反應器出口的氣體與第三股合成氣混合后進入第三甲烷化反應器，在第三甲烷化反應器進行氣體冷卻后分出一部分氣體進入循環壓縮機升壓后作為循環氣，其余氣體依次進入第四、第五或第六甲烷化反應器進行甲烷化反應，最后一個甲烷化反應器出口的氣體中甲燒干基含量大于95%。
[0006]目前國內合成氣生產天然氣，多采用帶循環工藝，循環帶來了投資高、能耗高等弊端。本發明采用不帶循環工藝，流程簡單，投資省，能耗低。
[0007]
【發明內容】
本發明的目的是提供一種利用合成氣制備天然氣的方法。利用該方法可制得熱值較高、雜質含量低的天然氣。
[0008]將合成氣經過脫硫脫碳之后，進行三級甲烷化反應，合成氣中的氫氣與一氧化碳和二氧化碳反應生成甲烷，經過冷凝除水，可得到含甲烷95%以上的天然氣。
[0009]上述所述的甲烷化反應所用的催化劑優選以鎳負載于氧化鋁和(或)氧化鎂之上的高徑比為I的圓柱體。[0010]上述所述的第一級甲烷化反應器優選兩股氣體進料。第一股氣體從反應器頂部進料，氣體的入口溫度優選為180-325°c ;第二股氣體優選從反應器高度的1/4-3/4處進料，氣體的入口溫度優選為180-325°C，流量優選為第一股進料的20%-60%，反應器內壓力優選為 1.0-4.5MPa。
[0011]上述所述的第二級甲烷化反應器氣體的入口溫度優選為200-355°C，壓力比第一級甲烷化反應器的壓力低0.04-0.17MPa。
[0012]上述所述的第三級甲烷化反應器氣體的入口溫度優選為305_365°C，壓力比第二級甲烷化反應器的壓力低0.04-0.17MPa。
[0013]上述所述合成氣經過脫硫脫碳之后CO含量為18-22%(v/v)，H2含量為65-70%(v/V)，CH4 含量為 8-10% (v/v)。
[0014]上述所述第一級甲烷化反應器的出口氣體通過一換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻進入第二級甲烷化反應器。
[0015]本發明方法制備天然氣不但可以制得甲烷含量高的天然氣，而且流程簡單，能耗較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例方法的方框流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于下述實施例。
[0018]實施例1
本實施例利用合成氣制備天然氣的方法如下，流程示意圖見圖1:
將合成氣經過脫硫、脫碳，得到的混合氣組成(vol% )為=H2 68，CH4 9，CO 19，CO2 3，總硫含量小于0.1ppm,在負載于氧化鋁上的鎳催化下，進行甲烷化反應。第一級甲烷化反應器的壓力約為4.5MPa，反應器頂部進料入口溫度約為200°C ;在距反應器入口為總高的1/4處引入另外一股進料，進料流量為第一股進料的60%，進料溫度與組成與第一股進料相同。
[0019]氣體從第一級甲烷化反應器出來后，通過換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻到200°C，進入第二級甲烷化反應器。經過第二級甲烷化反應器之后，冷卻到305°C，進入第二級甲烷化反應器，出口氣體經過冷凝分離得到甲烷含量95%以上的天然氣。
[0020]4Nm3合成氣可制得天然氣INm3。
[0021]實施例2
本實施例利用合成氣制備天然氣的方法如下，流程示意圖見圖1:
將合成氣經過脫硫、脫碳，得到的混合氣組成(vol% )為=H2 68，CH4 9，CO 19，CO2 3，總硫含量小于0.lppm，在負載于氧化鋁、氧化鎂混合物上的鎳催化下，進行甲烷化反應。第一級甲烷化反應器的壓力 約為2.5MPa，反應器頂部進料入口溫度約為280°C;在距反應器入口為總高的1/2處引入另外一股進料，進料流量為第一股進料的40%，進料溫度與組成與第一股進料相同。[0022]氣體從第一級甲烷化反應器出來后，通過換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻到320°C，進入第二級甲烷化反應器。經過第二級甲烷化反應器之后，冷卻到345°C，進入第二級甲烷化反應器，出口氣體經過冷凝分離得到甲烷含量95%以上的天然氣。
[0023]4.2Nm3合成氣可制得天然氣INm3。
[0024]實施例3
本實施例利用合成氣制備天然氣的方法如下，流程示意圖見圖1:
將合成氣經過脫硫、脫碳，得到的混合氣組成(vol% )為=H2 68，CH4 9，CO 19，CO2 3，總硫含量小于0.lppm，在負載于氧化鋁、氧化鎂混合物上的鎳催化下，進行甲烷化反應。第一級甲烷化反應器的壓力約為1.0MPa,反應器頂部進料入口溫度約為320°C;在距反應器入口為總高的3/4處引入另外一股進料，進料流量為第一股進料的20%，進料溫度與組成與第一股進料相同。
[0025]氣體從第一級甲烷化反應器出來后，通過換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻到350°C，進入第二級甲烷化反應器。經過第二級甲烷化反應器之后，冷卻到365°C，進入第二級甲烷化反應器，出口氣體經過冷凝分離得到甲烷含量95%以上的天然氣。
[0026]4.3Nm3合成 氣可制得天然氣INm3。
【權利要求】
1.一種利用合成氣制備天然氣的方法，將合成氣中的氫氣與一氧化碳和二氧化碳反應生成甲烷，其特征在于:將合成氣經過脫硫脫碳之后，經過包含三個反應器的多級反應進行甲烷化反應，經過冷凝除水，得到含甲烷95%以上的天然氣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的第一級甲烷化反應器共有兩股氣體進料，第一股氣體從反應器頂部進料，氣體的入口溫度為180-325°C ;第二股氣體從反應器高度的1/4-3/4處進料，氣體的入口溫度為180-325°C，流量是第一股進料的20%_60%，反應器內壓力為1.0-4.5MPa。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的第二級甲烷化反應器氣體的入口溫度為200-355°C，壓力比第一級甲烷化反應器的壓力低0.04-0.17MPa。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的第三級甲烷化反應器氣體的入口溫度為305-365°C，壓力比第二級甲烷化反應器的壓力低0.04-0.17MPa。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:合成氣經過脫硫脫碳之后CO含量為18-22% (v/v) ,H2 含量為 65-70% (v/v), CH4 含量為 8-10% (v/v)。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:第一級甲烷化反應器的出口氣體通過一換熱器將脫硫脫碳后的氣體加熱，之后再冷卻進入第二級甲烷化反應器。
7.根據權利要求1-6任意一項權利要求所述的方法，其特征在于:甲烷化反應的催化劑是以鎳負載于氧化 鋁和/或氧化鎂之上的高徑比為I的圓柱體。
【文檔編號】C10L3/08GK103849442SQ201210493613
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月28日 優先權日:2012年11月28日
【發明者】孟建, 魏士新, 蔡進, 蔡成偉, 陳長新, 檀結東, 張 杰, 吳學其, 吳 琳, 朱艷芳 申請人:中國石油化工股份有限公司, 南化集團研究院