CN104971666A

CN104971666A - 一种串联冷激绝热固定床甲烷化反应器及工艺

Info

Publication number: CN104971666A
Application number: CN201510434365.XA
Authority: CN
Inventors: 高振; 马磊; 邢云; 杨宽辉; 侯建国; 郑珩; 张丹; 张新波; 宋鹏飞; 何洋; 王成硕; 刘玉成
Original assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry; CNOOC Gas and Power Group Co Ltd
Current assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry; CNOOC Gas and Power Group Co Ltd
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2015-10-14

Abstract

本发明属于化工领域，具体为一种串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺。该工艺包括如下步骤：1）经过超精反应器后的合成气分为N股，分流后的合成气进入反应器各催化剂床层的上端；2）进入一段催化剂床层的新鲜合成气与水蒸汽、循环气混合后进入一段床层；3）进入M段催化剂床层的新鲜合成气与来自M-1段床层出口经冷激后的气体混合后，进入M段催化剂床层；4）脱盐水经脱盐水泵加压后进入反应器各床层下端，用于冷激各床层出口高温气体等等。

Description

一种串联冷激绝热固定床甲烷化反应器及工艺

技术领域

本发明属于化工领域，具体为一种串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺。

背景技术

我国天然气对外依存度逐年上升，2013年达到30%左右。天然气供需矛盾突出、缺口逐年增大已是不可回避的严峻现实。我国一次能源的特点是“富煤、少气”，煤炭是我国一次能源的主体。近年来，煤炭成为引起大面积雾霾等大气污染的主要因素，天然气因清洁环保的特性成为理想能源，在此背景下，国内煤制天然气项目的建设如火如荼。

甲烷化是煤制天然气的关键技术，甲烷化单元直接决定了产品气的品质及价格，直接影响工厂的经济效益。而该项技术被国外技术垄断，主要有英国戴维、德国鲁奇、丹麦托普索等，国内多家机构包括西南化工研究设计院、大连化物所、新奥集团等进行了甲烷化技术的研发。

国内外甲烷化工艺形式主要为多段绝热固定床工艺形式，合成气通过3～5级甲烷化反应器，各段反应器中间设置废热锅炉与汽包的复杂换热网络，进行高温气体的冷却；第一段反应器入口一般加入一定量的水蒸气，进行反应温度的控制及抑制积碳反应发生，有效保护催化剂。甲烷化催化剂一般为镍系催化剂，对硫敏感，进甲烷化单元之前需对常温工艺气进行加热后进入精脱硫塔。这些工艺形式中反应器、换热设备设置较多，流程复杂，单塔甲烷转化率受到热力学平衡的限制。

上海石油化工研究院的专利CN103421561A中描述了一种立式多段固定床甲烷化反应器及工艺形式，新鲜气未经精脱硫塔，直接分流进入各催化剂床层，床层出口高温气体采用低温（20～60℃）新鲜合成气及低温（20～80℃）循环气进行混合激冷至300～400℃后进入下一催化剂床层；循环气来自反应器出口经冷却后的部分气体。该工艺具有甲烷化反应转化率高、换热设备少、流程简单和压缩机能耗低的优点。但采用低温气体冷激的形式限制了甲烷化前端精脱硫工序的有效配置，对催化剂保护不利；难以充分冷却出口高温气体，使得床层入口温度一般高于催化剂起活温度，限制了反应深度及床层温升。

发明内容

本发明的目的在于针对以上技术问题，提供一种可提高单塔甲烷转化率，解决催化剂各床层出口高温气体无法充分冷却、床层温升受限、精脱硫的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，该工艺包括如下步骤：

1）经过超精反应器后的合成气分为N股，分流后的合成气进入固定床甲烷化反应器各催化剂床层的上端；该固定床甲烷化反应器设置多段催化剂床层，甲烷化反应器催化剂床层下端设置冷激空间，设定床层数目为N，经过超精反应器后的合成气温度在130～200℃，压力1.0～10.0MPa。

2）进入固定床甲烷化反应器一段催化剂床层的新鲜合成气与水蒸汽、循环气混合后进入固定床甲烷化反应器一段催化剂床层；进入固定床甲烷化反应器一段催化剂床层的合成气与水蒸汽混合后进入该反应器的一段催化剂床层，入口温度为250～350℃ ，一段出口温度为350～700℃。

3）进入固定床甲烷化反应器M段催化剂床层的新鲜合成气与来自M-1段床层出口经冷激后的气体混合后，进入固定床甲烷化反应器M段催化剂床层，其中M≤N；各床层入口温度均为250～350℃ ，出口温度均在350～700℃。

4）脱盐水经脱盐水泵加压后进入固定床甲烷化反应器各床层下端，用于冷激各床层出口高温气体；用于冷激的脱盐水的温度在30～100℃。

5）经过固定床甲烷化反应器最后一级床层后的高温气体经冷激后流出固定床甲烷化反应器，出口气体一分为二，一部分经压缩机加压后，与新鲜合成气、水蒸气混合，之后混合气进入该反应器一段催化剂床层；另一部分气体进入后续多级绝热固定床反应器，经处理后满足SNG或LNG要求。后续多级绝热固定床反应器个数及工艺形式的设置取决于产品气的品质要求

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（一）减少了反应器、废热锅炉等换热设备的设置，减少了设备投资；

（二）在一定程度上实现了多级甲烷化反应器的集成，提升了单塔甲烷转

化率；

（三）冷激后的出口气体中水蒸气含量增加，有益于抑制催化剂积碳，减

小催化剂失活的风险；

（四）有效冷却各床层出口高温气体，提高各床层温升，提升整体甲烷

转化率；

（五）前端考虑了精脱硫塔的配置，有效保护甲烷化催化剂。

附图说明

图1为实施例1中记载的单段串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺结构示意图；

图2为实施例2中记载的三段串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1：

单段串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺形式。

经过超精反应器精脱硫后的10000 kmol/h的170℃、3.0MPa洁净合成气，组成为（v%）：CH₄ 17.767%，CO 19.008%，CO₂ 1.040%，H₂ 61.195%，N₂ 0.840%，C₂H₆ 0.010%，AR 0.140%。与20t/h的400℃、3.5MPa的过热蒸汽、12000kmol/h的循环气混合后经过原料气预热器加热至300℃进入固定床甲烷化催化剂床层，出口气体温度为663℃。110t、30℃的脱盐水经过水泵加压至3.0MPa后打入固定床催化剂床层下端冷激室使得高温气体迅速冷却至315℃，冷激后的气体一分为二，一股经冷却至80℃后，分水后气体作为循环气与新鲜合成气混合进入固定床甲烷化催化剂床层，另一股进入后续单元进行处理。

反应器出口气干基组成为（v%）：CH₄ 64.025%，CO 3.434%，CO₂ 4.041%，H₂ 26.630%，N₂ 1.590%，C₂H₆ 0.015%，C₃H₈ 0.15ppm，AR 0.265%。该反应器甲烷化反应转化率62.71%，压缩机能耗45.12 KW。

实施例2：

三段串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺形式

经过超精反应器精脱硫后的10000 kmol/h的170℃、3.0MPa洁净合成气，组成为（v%）：CH₄ 17.767%，CO 19.008%，CO₂ 1.040%，H₂ 61.195%，N₂ 0.84%，C₂H₆ 0.01%，AR 0.14%。合成气一分为三进行分流，依次进入三个固定床甲烷化反应器床层的新鲜气的分流比以体积计为5:3:2 。进入一段床层的新鲜气与20t/h的400℃、3.5MPa的过热蒸汽、4720kmol/h的循环气混合后经过原料气预热器加热至300℃进入一段催化剂床层，出口气体温度为627℃。40t、30℃的脱盐水经过水泵加压至3.0MPa后打入冷激室使得一段出口高温气体迅速冷却至357℃，与第二股新鲜气混合后在326℃下进入二段床层，二段床层出口温度545℃。二段出口高温气体经40t、30℃的脱盐水迅速冷却至347℃，与第三股新鲜气混合后在331℃下进入三段床层，三段床层出口温度473℃。三段出口高温气体经70t、30℃的脱盐水迅速冷却至204℃，冷激后的气体一分为二，一股经冷却至150℃后，分水后气体作为循环气与新鲜合成气混合进入一段床层，另一股进入后续单元进行处理。

反应器出口气干基组成为（v%）：CH₄ 77.351%，CO 0.134%，CO₂ 3.989%，H₂ 16.411%，N₂ 1.809%，C₂H₆ 0.003%，C₃H₈ 0.92ppm ，AR 0.302%。该反应器甲烷化反应转化率79.4%，压缩机能耗17.63 KW。

Claims

1.一种串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤：

1）经过超精反应器后的合成气分为N股，分流后的合成气进入固定床甲烷化反应器各催化剂床层的上端；

2）进入固定床甲烷化反应器一段催化剂床层的新鲜合成气与水蒸汽、循环气混合后进入固定床甲烷化反应器一段反应催化剂床层；

3）进入M段固定床甲烷化反应器催化剂床层的新鲜合成气与来自固定床甲烷化反应器M-1段床层出口经冷激后的气体混合后，进入M段固定床甲烷化反应器催化剂床层；

4）脱盐水经脱盐水泵加压后进入固定床甲烷化反应器各床层下端，用于冷激固定床甲烷化反应器各床层出口高温气体；

5）经过最后一级固定床甲烷化反应器催化剂床层后的高温气体经冷激后流出固定床甲烷化反应器，出口气体一分为二，一部分经压缩机加压后，与新鲜合成气、水蒸气混合，之后混合气进入该反应器一段催化剂床层；另一部分气体进入后续多级绝热固定床甲烷化反应器，经处理后满足SNG或LNG要求。

2.根据权利要求1所述的串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，其特征在于：步骤1）中，该固定床甲烷化反应器设置多段催化剂床层，床层下端设置冷激空间，设定床层数目为N。

3.根据权利要求1或2所述的串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，其特征在于：步骤1）中，经过超精反应器后的合成气温度在130～200℃，压力1.0～10.0Mpa。

4.根据权利要求1-2中任一项权利要求所述的串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，其特征在于：步骤2）和步骤3）中，甲烷化反应器各床层入口温度均为250～350℃ ，出口温度均在350～700℃。

5.根据权利要求1所述的串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，其特征在于：步骤3）中所述的进入M段催化剂床层的新鲜合成气，其中M≤N。

6.根据权利要求1所述的串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，其特征在于：所述的步骤4）中，用于冷激的脱盐水的温度在30～100℃。

7.根据权利要求1中所述的串联冷激绝热固定床甲烷化反应器的工艺，其特征在于：所述的步骤5）中，后续多级绝热固定床甲烷化反应器个数及工艺形式的设置取决于产品气的品质要求。