一種煤基合成氣制備sng的甲烷化工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市煤氣甲烷化、煤制合成天然氣(SNG)等甲烷化技術(shù)，提供一種煤基合成氣制備SNG的甲烷化新工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣是一種高效、清潔能源，但由于我國天然氣資源匱乏，其供應(yīng)量遠不能滿足市場需求。煤制合成天然氣(Synthetic Natural Gas)是緩解天然氣供需矛盾的重要途徑，是國家“十二五”期間重點支持的新型煤化工項目。
[0003]中國城市燃氣協(xié)會相關(guān)人士表示，國際上天然氣在一次能源消費中的比例已達25%，而我國只有3.2%。業(yè)界基本形成這樣的共識，拓展天然氣氣源在保障我國能源安全和節(jié)能減排中將扮演越來越重要的角色，這也符合我國發(fā)展低碳經(jīng)濟之路。
[0004]同時，我國資源的特點是相對富煤、缺油、少氣，探明的天然氣儲量不到世界總量的1%。煤制天然氣可以作為對我國天然氣缺口的補充，發(fā)展煤制天然氣是一條解決我國天然氣供求矛盾的有效途徑。在煤化工項目中，煤制天然氣能效轉(zhuǎn)化率最高可達60%，單位熱值水耗卻最低，其熱值比國家天然氣質(zhì)量標準規(guī)定的最低熱值高17.8%-21%。二氧化碳、硫化氣、總硫等廣品指標也聞于國豕標準。
[0005]煤制天然氣在高油價時代具有良好的經(jīng)濟效益，對解決煤炭資源的清潔利用問題，緩解中國油氣資源短缺的現(xiàn)狀，維護我國的能源安全，實現(xiàn)CO2減排、保護環(huán)境均具有重要意義。
[0006]現(xiàn)有煤制合成天然氣的甲烷化技術(shù)通常使用多個熱交換器和氣體循環(huán)機的復雜裝置來控制溫度，采用的循環(huán)氣量很大，不僅增加了設(shè)備投資還大幅增加了循環(huán)氣電耗。急需研發(fā)出能量利用率高、循環(huán)氣量小的工藝。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明目的是提供一種能量利用率高、循環(huán)氣量小的利用煤基合成氣制備SNG的工藝。利用該工藝可制得熱值較高、雜質(zhì)含量低的SNG。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種煤基合成氣制備合成天然氣的甲烷化工藝，包括如下工藝過程:
從煤氣凈化工段來的甲烷合成氣進入精脫硫反應(yīng)器后得到滿足總硫小于0.1*10 6和比例因子f= (nH2-n C02)/ (nco+n C02) =2.8~3.I的合成氣分為四股新鮮氣A、B、C、D,其中新鮮氣A和循環(huán)氣混合后形成一段進氣進入第一甲烷合成反應(yīng)器第一段，一段出氣與新鮮氣B混合后形成二段進氣進入第一甲烷合成反應(yīng)器第二段，第一甲烷合成反應(yīng)器二段出氣與新鮮氣C混合后進入第二甲烷合成反應(yīng)器的第一段，第二甲烷合成反應(yīng)器一段出氣與新鮮氣D混合形成二段進氣進入第二甲烷合成反應(yīng)器第二段。第二甲烷合成反應(yīng)器出口氣體不經(jīng)過分水一部分氣體進入循環(huán)壓縮機升壓后作為循環(huán)氣回到第一甲烷合成反應(yīng)器一段入口，其余氣體依次進入第三、第四甲烷合成反應(yīng)器進行甲烷合成反應(yīng)，第四甲烷合成反應(yīng)器出口氣體中甲烷干基含量大于95%，然后經(jīng)冷卻、脫水得到符合要求的合成天然氣SNG。
[0009]在上述方法中，第一甲烷合成反應(yīng)器分為兩段入口，其中新鮮氣A和循環(huán)氣混合后形成一段進氣進入第一段入口，一段出氣與新鮮氣B混合后形成二段進氣進入第二段入口。第一甲烷合成反應(yīng)器二段出氣與新鮮氣C混合后進入第二甲烷合成反應(yīng)器的第一段，第二甲烷合成反應(yīng)器一段出氣與新鮮氣D混合形成二段進氣進入第二甲烷合成反應(yīng)器第二段。
[0010]進入每個甲烷合成反應(yīng)器入口溫度為250°C ~350°C，壓力為l~8MPa，所述反應(yīng)器中以干氣計算的體積空速為5000h 11000h 1C
[0011]所述第一甲烷合成反應(yīng)器一段入口溫度為250 °C~300°C，出口溫度為4500C ~550°C，二段入口溫度為 450°C ~520°C，二段出口溫度為 600°C ~700°C，第二甲烷合成反應(yīng)器一段入口溫度為250°C ~300°C，出口溫度為400°C ~500°C，二段入口溫度為4000C ~500°C，二段出口溫度為450°C ~550°C。第三、第四甲烷合成反應(yīng)器入口溫度為2500C ~300°C，第三甲烷合成反應(yīng)器出口溫度為400°C ~500°C，第四甲烷合成反應(yīng)器出口溫度為250°C ~350°C ;進入所述壓縮機的氣體溫度為180°C ~250°C。
[0012]所述合成氣中比例因子f= (nH2-n C02) / (nco+n C02) =2.8~3.I。
[0013]所述進行甲烷合成反應(yīng)的反應(yīng)器均為絕熱反應(yīng)器。
[0014]所述的甲烷合成催化劑是以鎳為主要活性組分，以擬薄水鋁石、氧化鋁、氧化鎂、鎂鋁尖晶石中的一種或兩種為載體。
[0015]所述催化劑以鎳為主要活性組分，輔以第一、第二助劑，采用沉淀法制備活性母體。第一助劑為過渡金屬兀素，包括La、Ce、Zr、Ti等其中的一種或兩種。含量為Ni質(zhì)量的
0.1-5% ;第二助劑為三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、乙二醇、聚乙二醇、脂肪酸聚乙二醇酯、甘油等分散劑其中的一種或兩種，沉淀時代替常規(guī)水作為分散劑使用，使用量為Ni用量的0.01-1%。
[0016]催化劑載體由氧化鋁與鋁、鎂的復合鹽組成，其中氧化鋁以Y-Al2O3或δ -Al2O3或a -Al2O3形態(tài)存在，鋁和鎂的復合鹽以MgAl2O4形態(tài)存在。
[0017]本發(fā)明具備下述優(yōu)勢:
本發(fā)明所述煤基合成氣制備SNG的甲烷化工藝中第一、第二甲烷合成反應(yīng)器均分為兩段入口。其中新鮮氣A和循環(huán)氣混合后形成一段進氣進入一反第一段入口，一段出氣與新鮮氣B混合后形成二段進氣進入第二段入口 ；一反二段出氣與新鮮氣C混合后進入二反的第一段，二反一段出氣與新鮮氣D混合形成二段進氣進入二反的第二段；二反出口氣體不經(jīng)過分水一部分氣體進入循環(huán)壓縮機升壓后作為循環(huán)氣回到一反一段入口 ；此工藝設(shè)計可以大大降低循環(huán)氣量，提高能量利用率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例的工藝流程示意圖。
[0019]圖中，Rl-精脫硫反應(yīng)器，R2-第一甲烷合成反應(yīng)器，R3-第二甲烷合成反應(yīng)器，R4-第三甲烷合成反應(yīng)器，R5-第四甲烷合成反應(yīng)器，El-四反冷卻器，Ε2-三反冷卻器，Ε3-原料氣加熱器，Ε4-循環(huán)氣預熱器，Ε5- 二反高壓鍋爐，Ε6-循環(huán)氣換熱器，Ε7-產(chǎn)品終冷器，Vl-循環(huán)氣分液罐一,V2-循環(huán)氣分液罐二, V3-產(chǎn)品氣分液罐三,V4-產(chǎn)品氣分液罐四， Pl-循環(huán)壓縮機。
【具體實施方式】
[0020]通過下述實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細闡述。
[0021]實施例1
按照圖1所示工藝流程，壓力為1.0MPa,空速1000h 1的合成氣且合成氣中總硫小于 0.1*10 6，比例因子 f= (nH2-n C02)/ (nco+n C02) =2.8,得到的合成氣組成(vol% )為:?:
67.08%, CH4:9.2%, CO:21.17%, CO2:2.05%, N2:0.5%。合成氣分為四股(新鮮氣 A、B、C、D),新鮮氣A與經(jīng)循環(huán)氣預熱器E4換熱的氣體混合后形成一反一段進氣，再經(jīng)原料氣加熱器E3后進入第一甲烷合成反應(yīng)器R2的第一段，氣體入口溫度為280°C，反應(yīng)后溫度升至510°C，一反一段出氣與二段新鮮氣B混合后形成一反二段進氣進入第一甲烷合成反應(yīng)器R2的第二段，入口溫度為460°C，反應(yīng)后溫度為680°C。一反二段出氣經(jīng)循環(huán)氣預熱器E4與循環(huán)氣換熱至280°C，該氣體與新鮮氣C混合后進入第二甲烷合成反應(yīng)器R3的第一段，反應(yīng)后溫度升至450°C，二反二段出氣與二段新鮮氣D混合后形成二反二段進氣進入第二甲烷合成反應(yīng)器R3的第二段。二反出氣經(jīng)二反高壓鍋爐E5換熱至280°C后分為兩股:一股氣體經(jīng)循環(huán)氣換熱器E6冷卻至180°C，經(jīng)循環(huán)氣分液罐一 Vl后帶水進入循環(huán)壓縮機Pl升壓、再經(jīng)循環(huán)氣分液罐二 V2、循環(huán)氣預熱器E4