CN105779048B - 一种低温制取合成天然气的甲烷化方法 - Google Patents

一种低温制取合成天然气的甲烷化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105779048B
CN105779048B CN201610266889.7A CN201610266889A CN105779048B CN 105779048 B CN105779048 B CN 105779048B CN 201610266889 A CN201610266889 A CN 201610266889A CN 105779048 B CN105779048 B CN 105779048B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
temperature
content
reactor
methanation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610266889.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105779048A (zh
Inventor
王晓龙
何忠
刘蓉
肖天存
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaneng Clean Energy Research Institute
Original Assignee
Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaneng Clean Energy Research Institute filed Critical Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority to CN201610266889.7A priority Critical patent/CN105779048B/zh
Publication of CN105779048A publication Critical patent/CN105779048A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105779048B publication Critical patent/CN105779048B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08—Production of synthetic natural gas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种低温制取合成天然气的甲烷化方法，原料气与循环气混合后分为两路，其中一路混合气先加热达到甲烷化反应的起活温度，通入到列管反应器的管程中，与管程中的催化剂进行甲烷化反应，同时另一路混合气作为冷物料气通过冷激气套管直接与反应器管程中的催化剂接触，通过控制冷激气流量大小调节反应器床层热点温度防止床层飞温，其中甲烷化反应放出的热量通过列管反应器壳程中的循环水迅速移走；列管反应器后再串联一个绝热反应器进行补充甲烷化反应，以提高甲烷化深度，生产出合格的天然气产品。该低温甲烷化反应系统操作温度较低，彻底解决了甲烷化催化剂在高温下容易积碳和失活等问题，节能、高效且易操作。

Description

一种低温制取合成天然气的甲烷化方法
技术领域
本发明属于煤制天然气技术领域，特别涉及一种低温制取合成天然气的甲烷化方法。
背景技术
近年来随着环境问题的日益严重，天然气作为一种清洁、高效、安全的能源，越来越受到人们的重视；城市燃气、天然气汽车和天然气发电厂等领域的普及利用，天然气的消费比例逐年增长，尽管我国加大了天然气进口量，但是弥补不了我国经济发展所带来的能源消费的缺口；结合我国的能源现状是“富煤、缺油、少气”，利用我国相对丰富的煤炭资源，将之转变成清洁，高效的天然气，不仅实现了资源的综合利用，同时也缓减了我国油气资源相对短缺的现象，且对维护我国能源安全，实现节能节排，保护环境生态等都具有重要意义。
煤制天然气的核心技术就是甲烷化催化剂和甲烷化工艺技术，其中甲烷化催化剂发展已较为成熟，国内掌握甲烷化催化剂生产工艺的研究院校举不胜数：例如华能清能院、神华低碳所、大唐国际化工研究院、大连物化所和新奥集团研究院等，但是目前国内开工、在建的几家煤制天然气化工厂全部采用国外的技术工艺，国内的工艺技术由于不够成熟而迟迟未实现工业化应用；甲烷化工艺技术的关键是解决反应过程中放热量大、取热难等问题，维持反应器床层温度恒定，防止催化剂在高温条件下的失活与烧结是煤制天然气工艺技术的关键。
现有的甲烷化技术大多采用多个绝热固定床串联的方式，使甲烷化反应在每个绝热反应器中逐步反应，且为避免出现热点温度过高的情况，通常采用多个循环压缩机采用不小于5的循环比多次循环，将每段的CO体积百分数由25％降低到2％-3％；同时整套工艺需要采用多台换热器来移走反应所放出的热量；这些不仅提高了设备投资，同时也增加能耗。如美国专利US4016189、US4205961、US4298694，采用多台绝热甲烷化反应器串联，为每段反应器之间采用多台换热器来移走反应所放出的热量，大大增加了设备投资。中国专利CN102827657采用多台低温反应器进行甲烷化反应，不仅增加了设备投资，同时该工艺存在放大困难等问题。
列管反应器的管程中装填有催化剂，冷却介质通过反应器壳层循环换热，利用热容较大的脱盐水不断蒸发-冷凝的循环过程，将反应放出的热量迅速移走，能够有效抑制反应过程中热点温度的产生，维持反应在恒温的条件下进行。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温制取合成天然气的甲烷化方法，具有能耗低、操作方便，催化反应效率高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低温制取合成天然气的甲烷化方法，其特征在于：来至系统入口的原料气与第一气液分离器V103出口的循环气在混合罐V102里充分混合，所述混合罐V102出口的混合气分成两路，其中一路气采用第一流量调节阀FIQ101调节流量至2200-3200Nm3/h，通过气气换热器E101换热后温度达到120-180℃，再通过第一电加热器E201加热将混合气温度提升到250℃-300℃，通入到列管反应器R1中的管程中，与管程中的催化剂进行甲烷化反应，反应放出的热量通过壳程中的循环水迅速移走，维持反应器床层温度在350-400℃；混合罐V102出口的另一路气作为冷激气，通过第二流量调节阀FIQ102调节流量至1000-1500Nm3/h，通入到列管反应器R1管程中的冷激气套管中，其中冷激气套管位于列管反应器的管程中心位置，且冷激气套管外壁上下分布着开孔率不等的通气孔，温度接近于常温的冷激气通过冷激气套管外壁上的通气孔直接与管程中的催化剂相接触，以降低反应器床层的热点温度；
所述列管反应器R1出口的反应气分为两路，其中一路混合气通过第一气液换热器E102后温度降低到60-90℃，再通过循环压缩机C101增压、第一气液分离器V103分离冷凝后，在混合罐里V102与原料气充分混合；另一路混合气通过第二电加热器E202维持温度到250-300℃通入到绝热反应器R2中，作为补充甲烷化反应，进行深度甲烷化；
所述绝热反应器R2出口产品气温度为400-450℃，经过气气换热器E101换热后温度降低到250-350℃，再通过第二气液换热器E103将温度降低到60-90℃，最后经过第二气液分离器V104分离得到甲烷含量为96-98％且不含氮气的合成天然气SNG；
所述第一气液分离器V103和第二气液分离器V104冷凝后的冷凝液汇集后送回至净化水工段，经过过滤、软化和汽提得到合格的脱盐水循环利用；
所述脱盐水依次通过第二气液换热器E103、第一气液换热器E102换热后，通过补水管为汽包V101补水，维持汽包V101液位稳定，防止汽包干烧造成危险；
所述汽包V101下部的沸腾水依靠重力作用通过下降管进入到列管反应器R1的壳程，与管程中的甲烷化反应放出的热量进行交换，换热后的沸腾水上升通过上升管进入到汽包V101的中上部，其中汽包V101产生的8-10.0MPa中压蒸汽外送到其它工段。
所述出混合罐的两路气通过第一流量调节阀FIQ101和第二流量调节阀FIQ102调节流量大小，协同调节列管反应器R1中的床层热点温度，且两路气共同参与甲烷化反应，防止反应器床层飞温，保护甲烷化催化剂。
所述来至系统入口的原料气的流量为1000-2000Nm3/h，压力为3.0-3.5MPa，各组分体积百分含量为：H2含量70％-85％，CO含量12-19％，CO2含量1-5％，CH4含量0-1％，氮气含量2-5％,所述第一气液分离器V103出口的循环气的流量为1800-4500Nm3/h，各组分体积百分含量为：H2含量25％-32％,CO含量2-3％，CO2含量2-3.5％，CH4含量55-68％，氮气含量3-6.5％，所述原料气与循环气在混合罐V102中混合后，混合器各组分体积百分含量为：H2含量30％-45％,CO含量6.5-8％，CO2含量2.5-3.5％，CH4含量40-55％，氮气含量5-10％。
与现有技术相比，本发明的优点：
采用本发明能够有效利用反应物料中的热量，实现能源综合利用，节能高效；其中采用脱盐水在反应器壳程中不断循环换热，将甲烷化反应放出的大量热量迅速移走，保证了甲烷化反应在接近于恒温条件下反应；其次，通过调节冷激气流量控制反应器床层热点温度，避免了催化剂由于高温烧结而失活，大大延长了催化剂的使用寿命；再次，整个系统都在较低温度下进行，不仅降低了整套系统的加工成本，同时增加了系统装置的安全性，操作灵活方便。
附图说明
附图是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种低温制取合成天然气的甲烷化方法，来至系统入口的原料气流量1000Nm3/h、压力3.0MPa，组分是H2含量76％，CO含量16％，CO2含量5％，CH4含量1％，N2含量2％；第一气液分离器V103出口的循环气流量3000Nm3/h，组分H2含量28％,CO含量2％，CO2含量2％，CH4含量63％，N2含量5％，其中原料气与循环气在混合罐V102中充分混合，混合之后的混合气组成是H2含量40％,CO含量6.5％，CO2含量3.5％，CH4含量42％，N2含量8％；
混合罐V102出口的混合气分成两路，其中一路采用第一流量调节阀FIQ101调节流量至3500Nm3/h，通过气气换热装置E101换热后温度达到145℃，再通过第一电加热器E201加热到300℃，与列管反应器R1管程中的催化剂进行甲烷化反应；
混合罐V102出口的另一路气作为冷激气，采用第二流量调节阀FIQ102调节流量至1500Nm3/h，通入到列管反应器R1管程中的冷激气套管中，通过冷激气套管外壁上的通气孔直接与管程中的催化剂相接触，列管反应器R1的床层温度350℃。
所述列管反应器R1出口的混合气分为两路，其中一路通过第一气液换热器E102后温度降低到90℃，再通过循环压缩机C101增压、第一气液分离器V103冷凝后在混合罐V102里与系统原料气充分混合；
所述列管反应器R1出口混合气的另一路气体通过第二电加热器E202维持温度到300℃，通入到绝热反应器R2中进行补充甲烷化，实现深度甲烷化；
所述绝热反应器R2出口的产品气温度400℃，经过气气换热器E101换热后温度降低到250℃，再通过第二气液换热器E103将温度进一步降低到90℃，最后经过第二气液分离器V104分离后生产出甲烷含量98％(不含氮气)的合成天然气SNG；
所述第一气液分离器V103和第二气液分离器V104分离冷凝后的冷凝液汇集后送回至净化水工段，经过过滤、软化和汽提得到合格的脱盐水循环利用。
所述脱盐水依次通过第二气液换热器E103、第一气液换热器E102换热后，通过补水管为汽包V101补水，维持汽包V101液位稳定，防止汽包干烧造成危险；
所述汽包V101下部的沸腾水依靠重力作用通过下降管进入到列管反应器R1的壳程，与管程中的甲烷化反应放出的热量进行交换，换热后的沸腾水上升通过上升管进入到汽包V101的中上部，汽包V101产生的8MPa中压蒸汽外送到变换工段。

Claims (3)

1.一种低温制取合成天然气的甲烷化方法，其特征在于：来至系统入口的原料气与第一气液分离器(V103)出口的循环气在混合罐(V102)里充分混合，所述混合罐(V102)出口的混合气分成两路，其中一路气采用第一流量调节阀(FIQ101)调节流量至2200-3200Nm3/h，通过气气换热器(E101)换热后温度达到120-180℃，再通过第一电加热器(E201)加热将混合气温度提升到250℃-300℃，通入到列管反应器(R1)中的管程中，与管程中的催化剂进行甲烷化反应，反应放出的热量通过壳程中的循环水迅速移走，维持反应器床层温度在350-400℃；混合罐(V102)出口的另一路气作为冷激气，通过第二流量调节阀(FIQ102)调节流量至1000-1500Nm3/h，通入到列管反应器(R1)管程中的冷激气套管中，其中冷激气套管位于列管反应器的管程中心位置，且冷激气套管外壁上下分布着开孔率不等的通气孔，温度接近于常温的冷激气通过冷激气套管外壁上的通气孔直接与管程中的催化剂相接触，以降低反应器床层的热点温度；
所述列管反应器(R1)出口的反应气分为两路，其中一路混合气通过第一气液换热器(E102)后温度降低到60-90℃，再通过循环压缩机(C101)增压、第一气液分离器(V103)分离冷凝后，在混合罐里(V102)与原料气充分混合；另一路混合气通过第二电加热器(E202)维持温度到250-300℃通入到绝热反应器(R2)中，作为补充甲烷化反应，进行深度甲烷化；
所述绝热反应器(R2)出口产品气温度为400-450℃，经过气气换热器(E101)换热后温度降低到250-350℃，再通过第二气液换热器(E103)将温度降低到60-90℃，最后经过第二气液分离器(V104)分离得到甲烷含量为96-98％且不含氮气的合成天然气SNG；
所述第一气液分离器(V103)和第二气液分离器(V104)冷凝后的冷凝液汇集后送回至净化水工段，经过过滤、软化和汽提得到合格的脱盐水循环利用；
所述脱盐水依次通过第二气液换热器(E103)、第一气液换热器(E102)换热后，通过补水管为汽包(V101)补水，维持汽包(V101)液位稳定，防止汽包干烧造成危险；
所述汽包(V101)下部的沸腾水依靠重力作用通过下降管进入到列管反应器(R1)的壳程，与管程中的甲烷化反应放出的热量进行交换，换热后的沸腾水上升通过上升管进入到汽包(V101)的中上部，其中汽包(V101)产生的8-10.0MPa中压蒸汽外送到其它工段。
2.根据权利要求1所述的一种低温制取合成天然气的甲烷化方法，其特征在于：出所述混合罐(V102)的两路气通过第一流量调节阀(FIQ101)和第二流量调节阀(FIQ102)调节流量大小，协同调节列管反应器(R1)中的床层热点温度，且两路气共同参与甲烷化反应，防止反应器床层飞温，保护甲烷化催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种低温制取合成天然气的甲烷化方法，其特征在于：所述来至系统入口的原料气的流量为1000-2000Nm3/h，压力为3.0-3.5MPa，各组分体积百分含量为：H2含量70％-85％，CO含量12-19％，CO2含量1-5％，CH4含量0-1％，氮气含量2-5％,所述第一气液分离器(V103)出口的循环气的流量为1800-4500Nm3/h，各组分体积百分含量为：H2含量25％-32％,CO含量2-3％，CO2含量2-3.5％，CH4含量55-68％，氮气含量3-6.5％,所述原料气与循环气在混合罐(V102)中混合后，混合器各组分体积百分含量为：H2含量30％-45％,CO含量6.5-8％，CO2含量2.5-3.5％，CH4含量40-55％，氮气含量5-10％。
CN201610266889.7A 2016-04-26 2016-04-26 一种低温制取合成天然气的甲烷化方法 Active CN105779048B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610266889.7A CN105779048B (zh) 2016-04-26 2016-04-26 一种低温制取合成天然气的甲烷化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610266889.7A CN105779048B (zh) 2016-04-26 2016-04-26 一种低温制取合成天然气的甲烷化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105779048A CN105779048A (zh) 2016-07-20
CN105779048B true CN105779048B (zh) 2018-07-10

Family

ID=56399730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610266889.7A Active CN105779048B (zh) 2016-04-26 2016-04-26 一种低温制取合成天然气的甲烷化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105779048B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109111967B (zh) * 2018-08-02 2020-05-05 中国华能集团有限公司 一种焦炉气制天然气的甲烷化系统及方法
CN109593579B (zh) * 2018-12-21 2020-11-10 惠生工程（中国）有限公司 一种一次通过甲烷化工艺
CN110655961A (zh) * 2019-10-29 2020-01-07 中国华能集团有限公司 一种二氧化碳甲烷化合成天然气的均温工艺系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2060686A (en) * 1979-10-22 1981-05-07 Conoco Inc Concurrent shift-methanation process
CN104845689A (zh) * 2014-02-18 2015-08-19 中国石油化工股份有限公司 一种煤基合成气甲烷化制合成天然气的工艺
WO2015159044A1 (en) * 2014-04-16 2015-10-22 Johnson Matthey Public Limited Company Process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2060686A (en) * 1979-10-22 1981-05-07 Conoco Inc Concurrent shift-methanation process
CN104845689A (zh) * 2014-02-18 2015-08-19 中国石油化工股份有限公司 一种煤基合成气甲烷化制合成天然气的工艺
WO2015159044A1 (en) * 2014-04-16 2015-10-22 Johnson Matthey Public Limited Company Process

Also Published As

Publication number Publication date
CN105779048A (zh) 2016-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102888253B (zh) 一种低水气低变串饱和塔等温co变换工艺
CN112142004B (zh) 甲醇水重整反应制氢及提纯方法
CN204874431U (zh) 一种甲烷回收率高的低温甲醇洗装置
CN105779048B (zh) 一种低温制取合成天然气的甲烷化方法
CN112678770B (zh) 一种采用psa尾气催化燃烧供热的甲醇、水制氢装置
CN110357038A (zh) 一种电加热甲醇重整制氢装置及其制氢方法
CN102337160B (zh) 一种高水气比饱和热水塔分股co变换工艺
CN202355997U (zh) Co2吸收塔及包括其的低温甲醇洗设备
CN102489120A (zh) 低温甲醇洗方法及设备
CN102337161B (zh) 一种低水气比串饱和热水塔co变换工艺
CN105255532A (zh) 一种流化床与固定床结合的甲烷化方法
CN102876828B (zh) 一种与气基竖炉配套的还原气净化工艺及系统
CN105542889A (zh) 一种冷激式内移热甲烷化工艺
CN112370947B (zh) 一种节能环保型丁腈橡胶改造废气废热回收利用装置
CN206069360U (zh) 一种节能环保的换热和冷凝系统
CN209024426U (zh) 一种用于甲胺合成工艺中的原料液预热装置
CN109957427A (zh) 一种生物质热解气绝热固定床甲烷化及脱碳提质工艺
WO2004074226A1 (en) A joint process for preparing alcohol-ether, alcohol- hydrocarbon and synthesising ammonia
CN206494873U (zh) 一种加氢还原制备邻氯苯胺的装置
CN110090543B (zh) 一种利用流化床实现连续分离ch4/co2的方法
CN202752008U (zh) 一种气相加氢反应器
CN215404071U (zh) 一种防止甲烷液化冷箱冻堵的装置
CN205953886U (zh) 一种带余热发电的二甲醚生产系统
CN111574340B (zh) 一种甲醇合成聚甲氧基二甲醚的系统及方法
CN109111967A (zh) 一种焦炉气制天然气的甲烷化系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant