CN111348622A - 一种富碳天然气制备合成气的制备系统及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种富碳天然气制备合成气的制备系统及制备方法，所述的制备系统包括依次连接的重整反应装置、逆变换反应装置和分离装置。所述的制备方法包括：富碳天然气在重整反应装置中发生重整反应生成粗合成气，粗合成气通入逆变换反应装置发生逆变换反应生成合成气，合成气经分离装置分离脱除其中的二氧化碳和水后得到合成气产品。本发明通过引入逆变换反应装置，将未反应的CO2进一步转化为CO，降低合成气产品的氢碳比，最终制备得到的低碳氢比合成气(H2/CO摩尔比＝0.2～2)，较甲烷水重整合成气相比，更适合用于CO精制、甲醇、F‑T合成等下游产业。

Description

一种富碳天然气制备合成气的制备系统及制备方法
技术领域
本发明属于富碳天然气的综合利用技术领域，涉及一种合成气的制备系统 及制备方法，尤其涉及一种富碳天然气制备合成气的制备系统及制备方法。
背景技术
随着国家科技技术的增强，开采技术逐步增强，富碳天然气在国内“富煤， 少气，缺油”能源格局下资源领域中占据越来越重要的地位。富碳天然气作为 一种具有独特特色的天然气，其高效、环保、节能的综合利用技术开发迫在眉 睫、刻不容缓。
以南海海域气田为例，其天然气组成与内陆其它地区的组成有很大的不同， 其特点是天然气中含有高浓度的CO2。国内外的很多探测数据表明南中国海典 型高二氧化碳气田的CO2含量在>20％。根据商业天然气的输送要求，天然气 CO2含量不得超过3％，液化天然气CO2含量不得超过0.2％，而南海海域气田开 采出的天然气中CO2含量普遍较高，因此必须在海上脱除部分CO2，才可以进 一步使用。目前从天然气中分离CO2的过程不可避免地使得能耗增加，还将引 起天然气的损失，相关研究表明，在天然气脱碳过程中，天然气的损失率在 2.5％～7％之间。此外，从天然气中脱除的CO2若直接排入大气，将对环境造成 严重的温室气体影响。因此，如何高效利用高含二氧化碳天然气并兼顾碳减排， 是南海天然气利用面临的“双重挑战”。
CN110589765A公开了一种利用天然气制备不同比例合成气的方法及系统， 包括以下步骤：原料气脱硫、CO2增压脱硫、双重整转化反应、热量回收、α-MDEA 脱碳、合成气(H2+CO)干燥压缩等步骤生产定比例H2/CO合成气。
CN1191987C公开了一种天然气或甲烷催化转化制合成气的方法，将预先混 有水蒸气和或二氧化碳的天然气或甲烷原料气，通过固定床反应器中的催化剂 床层与含氧气体反应，制备合成气，将预先混有水蒸气和或二氧化碳的天然气 或甲烷与大部分或全部含氧气体分开，分别进入反应体系，60％以上的含氧气体 分步进入催化剂床层，使天然气或甲烷与含氧气体分步逐渐混合并进行反应。
CN103896209B公开了一种天然气或甲烷催化转化制合成气的方法，将天然 气或甲烷与水蒸气和/或二氧化碳原料气混合，通过固定床反应器中的催化剂床 层与含氧气体反应，制备合成气，将预先混有水蒸气和/或二氧化碳的天然气或 甲烷与部分或全部含氧气体分开，分别进入反应体系，60％以上的含氧气体分 步进入催化剂床层，使天然气或甲烷与含氧气体分步逐渐混合并进行反应。
但目前针对富碳天然气，目前没有对应的大规模利用技术。但其储量丰富 的CH4和CO2即是两种温室气体，又是两种碳资源分子，一旦实现大规模转化 将有效弥补我国的能源化工原料短缺的现状。因此，富碳天然气制备合成气及 其衔接下游技术是二氧化碳低碳烷烃高值化利用的重要途径。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种富碳天然气制备合 成气的制备系统及制备方法，本发明提供的合成气制备系统免除了富碳天然气 脱碳环节，避免了天然气的损耗，节能降耗；实现了高CO2含量的富碳天然气 高值化利用，碳减排效果明显。本发明通过引入逆变换反应装置，将未反应的 CO2进一步转化为CO，降低合成气产品的氢碳比，最终制备得到的低碳氢比合 成气(H2/CO摩尔比＝0.2～2)，较甲烷水重整合成气相比，更适合用于CO精制、 甲醇、F-T合成等下游产业。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种富碳天然气制备合成气的制备系统，所述的 制备系统包括依次连接的重整反应装置、逆变换反应装置和分离装置。
本发明提供的合成气制备系统免除了富碳天然气脱碳环节，避免了天然气 的损耗，节能降耗；实现了高CO2含量的富碳天然气高值化利用，碳减排效果 明显。本发明通过引入逆变换反应装置，将未反应的CO2进一步转化为CO，降 低合成气产品的氢碳比，最终制备得到的低碳氢比合成气(H2/CO摩尔比 ＝0.2～2)，较甲烷水重整合成气相比，更适合用于CO精制、甲醇、F-T合成等 下游产业。
需要说明的是，本发明所述的富碳天然气是指CO2体积分数＞20％的天然 气，类推适用地，与富碳天然气同种类的其他含CO2的低碳烷烃同样适用于本 发明提供的制备系统，例如可选地包括煤层气、煤热解气(焦炉煤气)及由煤 或生物质制造的气化气等含CO2的低碳烷烃同样可以作为原料制备合成气。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的重整反应装置和逆变换反应装置 之间还设置有脱除装置，所述的脱除装置用于分离脱除重整反应装置排出的粗 合成气中的水和/或一氧化碳。
优选地，所述的重整反应装置为转化炉，富碳天然气在所述的重整反应装 置中发生重整反应生成粗合成气。
优选地，所述的逆变换反应装置为逆变换炉，由脱除装置排出的粗合成气 进入逆变换反应装置中发生逆变换反应生成合成气。
作为本发明一种优选的技术方案，沿气体流向，所述的重整反应装置前端 还设置有净化装置，富碳天然气经净化装置净化后进入重整反应装置，所述的 净化装置用于对富碳天然气进行脱水、重烃分离、脱硫和脱汞。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的净化装置和重整反应装置之间设 置有换热装置，所述的换热装置内置加热组件。
优选地，所述的换热装置接入重整反应装置和脱除装置之间，重整反应装 置排出的粗合成气经换热装置换热降温后进入脱除装置，所述的换热装置用于 回收粗合成气中的富余热量。
优选地，所述的换热装置的换热介质通道还接入了逆变换反应装置的加热 管路，换热装置中回收了粗合成气余热的换热介质进入逆变换反应装置作为逆 变换反应的补充热源。
优选地，所述的加热组件为加热炉。
优选地，所述的换热装置为间壁式换热器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的分离装置的二氧化碳出口回接逆 变换反应装置，由分离装置分离得到的二氧化碳回流至逆变换反应装置中与脱 除分离后的粗产品气一同参与逆变换反应。
第二方面，本发明提供了一种富碳天然气制备合成气的制备方法，采用如 第一方面所述的制备系统以富碳天然气为原料制备合成气。
所述的制备方法包括：
富碳天然气在重整反应装置中发生重整反应生成粗合成气，粗合成气通入 逆变换反应装置发生逆变换反应生成合成气，合成气经分离装置分离脱除其中 的二氧化碳和水后得到合成气产品。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(Ⅰ)富碳天然气经净化装置净化后进入换热装置，由加热组件对富碳天 然气进行预热，预热后的富碳天然气进入重整反应装置发生重整反应生成粗合 成气；
(Ⅱ)粗合成气通入换热装置回收余热，换热后的粗合成气经脱除装置分 离脱除其中的一氧化碳和水，其余组分进入逆变换反应装置发生逆变换反应生 成合成气，在逆变换反应过程中，换热装置回收的余热对逆变换反应装置补充 加热；
(Ⅲ)合成气通入分离装置，分离脱除其中的二氧化碳和水后得到合成气 产品，其中二氧化碳回流至逆变换反应装置中与步骤(Ⅱ)所述的其余组分一 同参与逆变换反应。
在本发明中，重整反应装置中发生的主要反应包括：
CH4+2O2＝CO2+2H2O
2C2H6+7O2＝4CO2+6H2O
C3H8+5O2＝3CO2+4H2O
CH4+CO2＝2CO+2H2
CH4+H2O＝CO+3H2
CO+H2O＝CO2+H2
在重整反应过程中，可以向重整反应装置内引入适量氧气和/或空气，提高 低碳烷烃的转化率，降低系统的外部供热量。此外，氧气与富碳天然气发生氧 化反应放出热量，为甲烷和二氧化碳重整制备合成气反应提供热量，利用重整 反应装置中排出的合成气余热，为富碳天然气预热，降低了系统的热量消耗。
在逆变换反应装置中发生的主要反应包括：
CO2+H2＝CO+H2O
CH4+H2O＝CO+3H2
CH4+CO2＝2CO+2H2
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)所述的富碳天然气中包括烷 烃和CO2。
优选地，所述的富碳天然气中所含烷烃包括CH4、C2H6或C3H8中的一种或 至少两种的组合。
优选地，所述的富碳天然气中CO2的体积分数＞20％，例如可以是30％、 35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％，但并不仅限于 所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，净化后的富碳天然气的压力为1～3MPaG，例如可以是1.0MPaG、 1.1MPaG、1.2MPaG、1.3MPaG、1.4MPaG、1.5MPaG、1.6MPaG、1.7MPaG、 1.8MPaG、1.9MPaG、2.0MPaG、2.1MPaG、2.2MPaG、2.3MPaG、2.4MPaG、 2.5MPaG、2.6MPaG、2.7MPaG、2.8MPaG、2.9MPaG或3.0MPaG，但并不仅限 于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，净化后的富碳天然气包括CH4和CO2。
优选地，净化后的富碳天然气中CH4的体积分数＜80％，例如可以是20％、 25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％，但并不 仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，净化后的富碳天然气中CO2的体积分数>20％，例如可以是30％、 35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％，但并不仅限于 所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的重整反应的反应压力为1～2.5MPaG，例如可以是1.0MPaG、1.1MPaG、1.2MPaG、1.3MPaG、1.4MPaG、1.5MPaG、1.6MPaG、1.7MPaG、 1.8MPaG、1.9MPaG、2.0MPaG、2.1MPaG、2.2MPaG、2.3MPaG、2.4MPaG或 2.5MPaG，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适 用。
优选地，所述的重整反应的反应温度为850～1300℃，例如可以是850℃、 900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃或1300℃， 但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，向所述的重整反应装置中通入氧气和/或空气，预热后的富碳天然 气进入重整反应装置与氧气和/或空气发生重整反应生成粗合成气。
需要说明的是，氧气和/或空气不是重整反应的必要原料，尤其是当二氧化 碳含量超过50％时，重整反应完全可以不需要氧气或空气的参与，加入氧气或 空气的目的是提高低碳烷烃的转化率，降低重整反应的外部供热量。
优选地，所述的粗合成气中包括CO2、CO、H2和H2O中的一种或至少两种 的组合。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅱ)中，所述的脱除装置采用分 子筛、变压吸附或深冷方法脱除分离粗合成气中的CO和H2O。
优选地，所述的逆变换反应的反应压力为0.1～1MPaG，例如可以是 0.1MPaG、0.2MPaG、0.3MPaG、0.4MPaG、0.5MPaG、0.6MPaG、0.7MPaG、 0.8MPaG、0.9MPaG或1.0MPaG，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内 其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的逆变换反应的反应温度为300～850℃，例如可以是300℃、 350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃ 或850℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适 用。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅲ)中，所述的分离装置采用分 子筛、变压吸附或深冷方法脱除分离合成气中的CO2和H2O。
优选地，所述的合成气产品中H2和CO的摩尔比为0.2～2，例如可以是0.2、 0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8或2.0，但并不仅限于所列举的数值，该 数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，根据下游用户对合成气碳氢比的需求，将步骤(Ⅱ)中经脱除装 置分离得到的CO与步骤(Ⅲ)中得到的合成气产品进行调配。
示例性地，本发明提供了一种优选的制备方法，所述的制备方法具体包括 如下步骤：
(1)富碳天然气经净化装置，进行脱水、重烃分离、脱硫、脱汞等净化处 理；
(2)净化后的富碳天然气经换热装置预热后进入转化炉，向转化炉中通入 氧气和/或空气，在催化剂的作用下进行重整反应生成粗合成气；催化剂可选地 包括镍基、钴基等催化剂；
(3)粗合成气经换热装置回收余热后进入脱除装置，分离脱除粗合成气中 的CO和H2O，其余组分进入逆变换炉；
(4)进入逆变换炉的粗合成气在催化剂的作用下进行逆变换反应，生成合 成气，催化剂可选地包括Pt、Pd、Ni、Fe、Cu等催化剂；
(5)合成气经分离装置分离出其中的H2O和CO2后得到合成气产品，其中 CO2加压回流至逆变换炉与步骤(4)中的粗合成气一同参与逆变换反应。
(6)根据下游用户对合成气碳氢比的需求，将步骤(3)中经脱除装置分 离得到的CO与步骤(5)中得到的合成气产品进行调配，制得特定碳氢比的合 成气。
所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的合成气制备系统免除了富碳天然气脱碳环节，避免了天 然气的损耗，节能降耗；实现了高CO2含量的富碳天然气高值化利用，碳减排 效果明显；
(2)本发明通过引入逆变换反应装置，将未反应的CO2进一步转化为CO， 降低合成气产品的氢碳比，最终制备得到的低碳氢比合成气(H2和CO摩尔比 为0.2～2)，较甲烷水重整合成气相比，更适合用于CO精制、甲醇、F-T合成等 下游产业；
(3)向重整反应装置内引入氧气和/或空气，与富碳天然气发生氧化反应， 放出热量，为甲烷和二氧化碳重整制备合成气反应提供热量，同时，利用重整 反应装置中排出的合成气余热，为富碳天然气预热，降低了系统的热量消耗。
附图说明
图1为本发明具体实施方式提供的一种合成气的制备系统的工艺流程图。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理 解为对本发明的限制。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设 置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是 可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相 连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域 的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种富碳天然气制备合成气的制备 系统，所述的制备系统如图1所示，包括依次连接的重整反应装置、逆变换反 应装置和分离装置。
所述的重整反应装置和逆变换反应装置之间还设置有脱除装置，所述的脱 除装置用于分离脱除重整反应装置排出的粗合成气中的水和/或一氧化碳；所述 的重整反应装置为转化炉，富碳天然气在重整反应装置中发生重整反应生成粗 合成气；所述的逆变换反应装置为逆变换炉，由脱除装置排出的粗合成气进入 逆变换反应装置中发生逆变换反应生成合成气。
沿气体流向，所述的重整反应装置前端还设置有净化装置，富碳天然气经 净化装置净化后进入重整反应装置，所述的净化装置用于对富碳天然气进行脱 水、重烃分离、脱硫和脱汞。
所述的净化装置和重整反应装置之间设置有换热装置，所述的换热装置内 置加热组件；换热装置接入重整反应装置和脱除装置之间，重整反应装置排出 的粗合成气经换热装置换热降温后进入脱除装置，所述的换热装置用于回收粗 合成气中的富余热量；换热装置的换热介质通道还接入了逆变换反应装置的加 热管路，换热装置中回收了粗合成气余热的换热介质进入逆变换反应装置作为 逆变换反应的补充热源；加热组件为加热炉；换热装置为间壁式换热器。
分离装置的二氧化碳出口回接逆变换反应装置，由分离装置分离得到的二 氧化碳回流至逆变换反应装置中与脱除分离后的粗产品气一同参与逆变换反 应。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种合成气的制备方法，以富碳 天然气为原料采用上述制备系统制备合成气，具体包括如下步骤：
(Ⅰ)富碳天然气经净化装置净化后进入换热装置，由加热组件对富碳天 然气进行预热，预热后的富碳天然气进入重整反应装置发生重整反应生成粗合 成气；
(Ⅱ)粗合成气通入换热装置回收余热，换热后的粗合成气经脱除装置分 离脱除其中的一氧化碳和水，其余组分进入逆变换反应装置发生逆变换反应生 成合成气，在逆变换反应过程中，换热装置回收的余热对逆变换反应装置补充 加热；
(Ⅲ)合成气通入分离装置，分离脱除其中的二氧化碳和水后得到合成气 产品，其中二氧化碳回流至逆变换反应装置中与步骤(Ⅱ)所述的其余组分一 同参与逆变换反应。
实施例1
本实施例提供了一种合成气的制备方法，以富碳天然气为原料采用具体实 施方式提供的制备系统制备合成气，具体的制备过程包括如下步骤：
(1)富碳天然气经净化装置，进行脱水、重烃分离、脱硫、脱汞等净化处 理，获得1000kmol/h的富碳天然气(CO2含量70％，温度40℃，压力1.5MPaG)；
(2)净化后的富碳天然气经换热装置预热后进入转化炉，在1050℃反应温 度，1.0MPaG反应压力下，进行重整反应生成粗合成气(粗合成气中各组分的 摩尔流量为：CH41.2kmol/h；CO2 207.2kmol/h；H2O 194.0kmol/h；CO 791.6kmol/h； H2 403.8kmol/h)；
(3)粗合成气经换热装置回收余热后进入脱除装置，分离脱除粗合成气中 的CO和H2O，获得CO的摩尔流量为791.6kmol/h，其余组分进入逆变换炉；
(4)进入逆变换炉的粗合成气在700℃反应温度，0.1MPag的反应压力下 进行逆变换反应，生成合成气(合成气中各组分的摩尔流量为CH4 1.2kmol/h； CO2 351.1kmol/h；H2O206.2kmol/h；CO 206.2kmol/h；H2 197.6kmol/h)；
(5)合成气经分离装置分离出其中的H2O和CO2后得到合成气产品，其中 CO2以350kmol/h加压回流至逆变换炉与步骤(4)中的粗合成气一同参与逆变 换反应，合成气产品的摩尔流量为404.9kmol/h(合成气产品中各组分的摩尔流 量为CH4 1.2kmol/h；CO121.6kmol/h；H2 282.1kmol/h)。
(6)将步骤(3)中经脱除装置分离得到的CO与步骤(5)中得到的合成 气产品进行调配，制得H2与CO摩尔比为0.3的合成气。
实施例2
本实施例提供了一种合成气的制备方法，以富碳天然气为原料采用具体实 施方式提供的制备系统制备合成气，具体的制备过程包括如下步骤：
(1)富碳天然气经净化装置，进行脱水、重烃分离、脱硫、脱汞等净化处 理，获得1000kmol/h的富碳天然气(CO2体积含量40％，温度40℃，压力 1.5MPaG)；
(2)净化后的富碳天然气经换热装置预热后进入转化炉，在1050℃反应温 度，1.0MPaG反应压力下，与200kmol/h的氧气进行重整反应生成粗合成气(粗 合成气中各组分的摩尔流量为：CH4 15.8kmol/h；CO2 70.6kmol/h；H2O 145.1kmol/h；CO 913.6kmol/h；H21023.3kmol/h)；
(3)粗合成气经换热装置回收余热后进入脱除装置，分离脱除粗合成气中 的CO和H2O，获得CO的摩尔流量为913.6kmol/h，其余组分进入逆变换炉；
(4)进入逆变换炉的粗合成气在700℃反应温度，0.1MPaG的反应压力下 进行逆变换反应，生成合成气(合成气中各组分的摩尔流量为CH4 15.8kmol/h； CO2 8.2kmol/h；H2O69.4kmol/h；CO 69.4kmol/h；H2 954.0kmol/h)。
(5)合成气经分离装置分离出其中的H2O和CO2后得到合成气产品，其中 CO2以7kmol/h加压回流至逆变换炉与步骤(4)中的粗合成气一同参与逆变换 反应，合成气产品的摩尔流量为1039.2kmol/h(合成气产品中各组分的摩尔流量 为CH4 15.8kmol/h；CO69.4kmol/h；H2 954.0kmol/h)；
(6)将步骤(3)中经脱除装置分离得到的CO与步骤(5)中得到的合成 气产品进行调配，制得H2与CO摩尔比为0.97的合成气。
实施例3
本实施例提供了一种合成气的制备方法，以富碳天然气为原料采用具体实 施方式提供的制备系统制备合成气，具体的制备过程包括如下步骤：
(1)富碳天然气经净化装置，进行脱水、重烃分离、脱硫、脱汞等净化处 理，获得1000kmol/h的富碳天然气(CO2含量80％，温度40℃，压力2.0MPaG)；
(2)净化后的富碳天然气经换热装置预热后进入转化炉，在850℃反应温 度，1.5MPaG反应压力下进行重整反应生成粗合成气(粗合成气中各组分的摩 尔流量为：CH415.1kmol/h；CO2 442.0kmol/h；H2O 173.1kmol/h；CO 542.8kmol/h； H2 196.7kmol/h)；
(3)粗合成气经换热装置回收余热后进入脱除装置，分离脱除粗合成气中 的CO和H2O，获得CO的摩尔流量为542.8kmol/h，其余组分进入逆变换炉；
(4)进入逆变换炉的粗合成气在850℃反应温度，1MPaG反应压力下进行 逆变换反应，生成合成气(合成气中各组分的摩尔流量为CH4 15.1kmol/h；CO2 826.2kmol/h；H2O165.8kmol/h；CO 165.8kmol/h；H2 30.8kmol/h)；
(5)合成气经分离装置分离出其中的H2O和CO2后得到合成气产品，其中 CO2以550kmol/h加压回流至逆变换炉与步骤(4)中的粗合成气一同参与逆变 换反应，合成气产品的摩尔流量为211.7kmol/h(合成气产品中各组分的摩尔流 量为CH4 15.1kmol/h；CO165.8kmol/h；H2 30.8kmol/h)，合成气产品中H2与 CO摩尔比为0.2。
实施例4
本实施例提供了一种合成气的制备方法，以富碳天然气为原料采用具体实 施方式提供的制备系统制备合成气，具体的制备过程包括如下步骤：
(1)富碳天然气经净化装置，进行脱水、重烃分离、脱硫、脱汞等净化处 理，获得1000kmol/h的富碳天然气(CO2含量30％，温度40℃，压力3MPaG)；
(2)净化后的富碳天然气经换热装置预热后进入转化炉，在1300℃反应温 度，2.5MPaG反应压力下，与200kmol/h的氧气进行重整反应生成粗合成气(粗 合成气中各组分的摩尔流量为：CH4 24.6kmol/h；CO2 5.0kmol/h；H2O 19.6kmol/h； CO 970.4kmol/h；H21331.3kmol/h)；
(3)粗合成气经换热装置回收余热后进入脱除装置，分离脱除粗合成气中 的CO和H2O，获得CO的摩尔流量为970.4kmol/h，其余组分进入逆变换炉；
(4)进入逆变换炉的粗合成气在300℃反应温度，1.0MPaG反应压力下进 行逆变换反应，生成合成气(合成气中各组分的摩尔流量为CH4 24.6kmol/h； CO2 0.7kmol/h；H2O4.8kmol/h；CO 4.8kmol/h；H2 1326.4kmol/h)；
(5)合成气经分离装置分离出其中的H2O和CO2后得到合成气产品，其中 CO2以0.6kmol/h加压回流至逆变换炉与步骤(4)中的粗合成气一同参与逆变 换反应，合成气产品的摩尔流量为1355.8kmol/h(合成气产品中各组分的摩尔流 量为CH4 24.6kmol/h；CO4.8kmol/h；H2 1326.4kmol/h)；
(6)将步骤(3)中经脱除装置分离得到的CO与步骤(5)中得到的合成 气产品进行调配，制得H2与CO摩尔比为1.3的合成气。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技 术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明 的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种富碳天然气制备合成气的制备系统，其特征在于，所述的制备系统包括依次连接的重整反应装置、逆变换反应装置和分离装置。
2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述的重整反应装置和逆变换反应装置之间还设置有脱除装置，所述的脱除装置用于分离脱除重整反应装置排出的粗合成气中的水和/或一氧化碳；
优选地，所述的重整反应装置为转化炉，富碳天然气在所述的重整反应装置中发生重整反应生成粗合成气；
优选地，所述的逆变换反应装置为逆变换炉，由脱除装置排出的粗合成气进入逆变换反应装置中发生逆变换反应生成合成气。
3.根据权利要求1或2所述的制备系统，其特征在于，沿气体流向，所述的重整反应装置前端还设置有净化装置，富碳天然气经净化装置净化后进入重整反应装置，所述的净化装置用于对富碳天然气进行脱水、重烃分离、脱硫和脱汞。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备系统，其特征在于，所述的净化装置和重整反应装置之间设置有换热装置，所述的换热装置内置加热组件；
优选地，所述的换热装置接入重整反应装置和脱除装置之间，重整反应装置排出的粗合成气经换热装置换热降温后进入脱除装置，所述的换热装置用于回收粗合成气中的富余热量；
优选地，所述的换热装置的换热介质通道还接入了逆变换反应装置的加热管路，换热装置中回收了粗合成气余热的换热介质进入逆变换反应装置作为逆变换反应的补充热源；
优选地，所述的加热组件为加热炉；
优选地，所述的换热装置为间壁式换热器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备系统，其特征在于，所述的分离装置的二氧化碳出口回接逆变换反应装置，由分离装置分离得到的二氧化碳回流至逆变换反应装置中与脱除分离后的粗产品气一同参与逆变换反应。
6.一种富碳天然气制备合成气的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的制备系统以富碳天然气为原料制备合成气；
所述的制备方法包括：
富碳天然气在重整反应装置中发生重整反应生成粗合成气，粗合成气通入逆变换反应装置发生逆变换反应生成合成气，合成气经分离装置分离脱除其中的二氧化碳和水后得到合成气产品。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(Ⅰ)富碳天然气经净化装置净化后进入换热装置，由加热组件对富碳天然气进行预热，预热后的富碳天然气进入重整反应装置发生重整反应生成粗合成气；
(Ⅱ)粗合成气通入换热装置回收余热，换热后的粗合成气经脱除装置分离脱除其中的一氧化碳和水，其余组分进入逆变换反应装置发生逆变换反应生成合成气，在逆变换反应过程中，换热装置回收的余热对逆变换反应装置补充加热；
(Ⅲ)合成气通入分离装置，分离脱除其中的二氧化碳和水后得到合成气产品，其中二氧化碳回流至逆变换反应装置中与步骤(Ⅱ)所述的其余组分一同参与逆变换反应。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)所述的富碳天然气中包括烷烃和CO2；
优选地，所述的富碳天然气中所含烷烃包括CH4、C2H6或C3H8中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述的富碳天然气中CO2的体积分数＞20％；
优选地，净化后的富碳天然气的压力为1～3MPaG；
优选地，净化后的富碳天然气包括CH4和CO2；
优选地，净化后的富碳天然气中CH4的体积分数＜80％；
优选地，净化后的富碳天然气中CO2的体积分数>20％；
优选地，所述的重整反应的反应压力为1～2.5MPaG；
优选地，所述的重整反应的反应温度为850～1300℃；
优选地，向所述的重整反应装置中通入氧气和/或空气，预热后的富碳天然气进入重整反应装置与氧气和/或空气发生重整反应生成粗合成气；
优选地，所述的粗合成气中包括CO2、CO、H2和H2O中的一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述的脱除装置采用分子筛、变压吸附或深冷方法脱除分离粗合成气中的CO和H2O；
优选地，所述的逆变换反应的反应压力为0.1～1MPaG；
优选地，所述的逆变换反应的反应温度为300～850℃。
10.根据权利要求7-9任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅲ)中，所述的分离装置采用分子筛、变压吸附或深冷方法脱除分离合成气中的CO2和H2O；
优选地，所述的合成气产品中H2和CO的摩尔比为0.2～2；
优选地，根据下游用户对合成气碳氢比的需求，将步骤(Ⅱ)中经脱除装置分离得到的CO与步骤(Ⅲ)中得到的合成气产品进行调配。
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