一種制備合成天然氣的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制備合成天然氣的工藝，屬于新能源利用技術領域。
【背景技術】
[0002]20世紀70年代，世界出現了自工業化革命以來的第一次石油供應危機，引起了各國政府和企業家對替代能源開發的廣泛關注。魯奇公司和南非沙索公司在南非的F-T煤制油工廠旁建了一套半工業化的煤制SNG天然氣試驗裝置，與此同時魯奇公司和奧地利艾爾帕索天然氣公司在奧地利維也納的石油化工廠建設了另一套天然氣試驗裝置。這兩套裝置長期穩定運行的業績得到了美國大平原煤氣化廠的認可，它在1984年憑借Lurgi工藝首先建立了世界上第一座由煤氣化制SNG的大型商業化裝置，其主要工藝流程采用了以下技術:(I)魯奇煤加壓氣化，(2)鈷鑰催化劑粗煤氣變換，(3)冷甲醇洗滌法凈化煤氣，(4)鎳催化劑甲燒化，(5) Stretford法回收硫，(6) Phosam法回收氨。該套裝置生產規模為日產天然氣389萬m3，已長期平穩運行了近30年，經濟效益良好。這套裝置的成功運行是美國天然氣能源達到自給的一個重要開端，也為世界上其它國家在煤制SNG領域的工業化嘗試起了示范作用。
[0003]丹麥Tops Oe的TREMP?工藝在20世紀七八十年代主要是為了解決遠距離儲存和運輸核能高溫反應器產生的熱量問題，該工藝先將煤氣化得到合成氣，然后經轉化、凈化進入3個串聯的絕熱固定床反應器，第一個反應器出來的氣體經過兩級冷凝器冷卻后，進入第二和第三反應，最后出來的氣體就是合格的產品氣。產品中甲烷的體積分數為94?96%，其余的為微量的H2、C02、N2和Ar等混合氣。甲烷化反應器中氫碳比為3:1，操作溫度250?700°C，操作壓力3.0?6.0MPa0為了回收和調節甲烷化反應中產生的熱量，在該工藝中加入了蒸汽循環系統和循環壓縮系統，從而充分利用了甲烷化反應產生的熱量。TopsOe在華參與的項目有新疆慶華、內蒙古匯能、新疆中電投。
[0004]Davy 的 CRG 工藝與 TopsTREMP? 工藝類似，TopsTREMP? 工藝使用了三個絕熱固定床反應器，而Davy的CRG工藝使用了四個絕熱固定床反應器。煤氣化得到的合成氣，經凈化后送入甲烷化反應器，第一和第二反應器為高溫甲烷化反應，為了控制和調節第一和第二反應器里甲烷化產生的熱量，通過循環壓縮機在第二反應器的出口，將部分熱卻后的產物氣重新壓縮到第一反應器的入口，與凈化后的新鮮氣混合作為第一反應器的原料氣。該工藝操作溫度230?700°C，操作壓力3.0?6.0MPa，合成氣無需調整氫碳比，產品中甲烷的體積分數為94?96%。Davy在華參與的項目有大唐克旗、大唐阜新、新汶伊犁。
[0005]我國是一個“富煤、貧油、少氣”的國家，開發煤制SNG技術進而建設煤制SNG裝置在高油價時代具有較好的經濟效益，對解決煤炭資源的綜合利用問題，緩解中國油氣資源短缺的現狀，維護我國的能源安全，實現CO2減排、保護環境均具有重要意義。
[0006]目前，國內煤制SNG項目成了繼煤制油之后的煤化工領域投資熱點。目前國內在建和已規劃的煤制SNG項目已達48個，規劃產能達1967億Nm3/a，預計將在2015年形成8.7%的產能，約為170億Nm3/a，在2020年形成58.3%的產能，約為1146億Nm3/a。截至2013年7月，已經獲得國家發改委審批的煤制天然氣項目共4個，分別是大唐克旗項目、大唐遼寧阜新項目、慶華新疆伊犁項目和內蒙古匯能鄂爾多斯項目。其中大唐克旗項目一期
13.4億Nm3/a裝置已與2012年7月打通全部流程，二期裝置有望于2015年建成投產。大唐阜新項目一期13.4億Nm3/a裝置預計于2013年下半年投產。新疆慶華項目一期工程于2013年5月機械竣工，目前正在開展試車工作。此外還有6個項目獲得發改委“路條”:分別是中海油-同煤項目、中電投霍城項目、中海油-北控-河北建投鄂爾多斯項目、新疆伊犁新天項目、國電興安盟項目和新蒙能源鄂爾多斯項目。
[0007]中石化作為國際大型化能源公司，積極關注和重視國家的能源安全問題。面對天然氣已廣泛作為城市燃氣且使用面還在迅速擴大的現狀以及我國天然氣資源匱乏的實情，中石化規劃了多個煤制SNG項目，目標產能300億Nm3/a，其中，“十二五”期間規劃產能80
億 Nm3/a。
[0008]國內煤制SNG技術有較好的研究基礎，傳統煤化工在煤氣化、變換、凈化方面技術已很成熟，可移植到煤制SNG項目中使用，需要開發的是甲烷合成技術。
[0009]甲烷合成反應是強放熱反應，煤基合成氣CO含量較高，催化劑在較高CO含量下操作，需要具有非常好的熱穩定性，這與合成氣凈化(C0X〈1.0%)用甲烷化催化劑有較大的差另IJ。故需控制煤基合成氣甲烷化過程中甲烷化反應器中的溫度，防止反應器中催化劑的過熱而引起的催化劑失活和損壞設備；另一方面，有效控制甲烷化的反應溫度，高效回收利用強放熱反應放出的大量熱能，提高出口 CH4的濃度都已成為研發的熱點。另外，目前的甲烷化裝置與煤制天然氣的甲烷合成裝置相比規模都較小。因此，國內要建設煤制合成天然氣項目，需要開發甲烷合成催化劑和成套工藝技術，還要開發大型化甲烷合成裝置技術。
【發明內容】
[0010]一種制備合成天然氣的工藝，包括如下工藝過程:
新鮮煤基合成氣與第一甲烷化反應器出來的一反產品氣換熱后，再與循環氣混合進入第一甲烷化反應器進行甲烷化反應，一反產品氣經過兩級換熱后分成兩部分:一部分經循環壓縮機循環進入第一甲烷化反應器，另一部分與新鮮煤基合成氣換熱后，再與二反產品氣進行兩級換熱后，進入第二甲烷化反應器進行甲烷化反應，二反產品氣與一反產品氣換熱后，再經過冷凝分離，得到含甲烷95%~96%以上的合成天然氣。
[0011 ] 在上述方法中，第一甲烷化反應器采用固定床絕熱反應器，通過新鮮煤基合成氣與一反產品氣部分循環混合來控制第一甲烷化反應器C0、C02入口濃度，將床層溫升控制在允許的范圍內。第二甲烷化反應器采用列管式恒溫反應器，通過移熱控制第二甲烷化反應器的溫度，由于甲烷化反應是強放熱反應，移熱可以提高產品氣的CH4的含量。
[0012]其中，所述的第一甲烷化反應器入口溫度為260°C ~330 °C，出口溫度為5500C ~700°C，第二甲烷化反應器入口溫度為260°C ~330°C，出口溫度為350°C ~500°C。
[0013]其中，所述的第一甲烷化反應器和第二甲烷化反應器的壓力為1.5MPa-5.5MPa，第一甲烷化反應器和第二甲烷化反應器的壓力優選為2.2MPa -3.5MPa。
[0014]在上述方法中，壓縮機采用兩列一級迷宮式壓縮機，進入壓縮機的氣體溫度為100C ~200°C，通過控制壓縮機的入口溫度，實現壓縮機的部分分水，一方面調節