CN113930266A

CN113930266A - 一种甲烷化的改进工艺

Info

Publication number: CN113930266A
Application number: CN202111333959.3A
Authority: CN
Inventors: 史保金; 王娟芸; 郑志忠; 叶赤球
Original assignee: Qujing Qilin Gas Energy Co ltd
Current assignee: Qujing Qilin Gas Energy Co ltd
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2022-01-14

Abstract

本发明涉及一种甲烷化的改进工艺，多段甲烷化反应在同一恒温反应器中进行，恒温反应器设置至少两组催化剂反应列管，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为传热媒体，第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料气中CO_x的40~60%称为第一转化气，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为1~10的催化剂，该组催化剂转化第一转化气中CO_x的40~99.99%称为第二转化气，若产热较高，则产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热，若反应物浓度较低，其自发反应热不足以维持甲烷化反应持续发生，则依靠从热媒体获取的热量来维持反应恒温进；依此类推，最多设置5组；最终反应气二氧化碳总浓度低于50ppm。

Description

一种甲烷化的改进工艺

技术领域

本发明涉及化工、节能、环保领域，是一种有效减少催化剂消耗、节能的方法。

背景技术

焦炉气联合一氧化碳、二氧化碳制LNG装置的甲烷化过程，通常是把二氧化碳甲烷化达到50ppm以下，送LNG液化系统。

当一氧化碳与二氧化碳浓度高时甲烷化反应过程释放热量巨大，而当一氧化碳与二氧化碳浓度低时加氢转化无法维持自热平衡，需要电加热、蒸汽加热，能耗浪费巨大。

王晓龙CN109111967B公告一种焦炉气制天然气的甲烷化系统及方法，该系统包括一个带冷激气分布器的均温甲烷化反应器和一个绝热甲烷化反应器；入塔气由净化后的焦炉气、补充CO₂、中压蒸汽三部分组成，另一路净化后的焦炉气作为冷激气，由冷激气分布器进入到均温甲烷化反应器的列管中发生甲烷化反应，并利用自身的低温抑制反应器床层热点温度飞温；其中均温甲烷化反应器的列管中分别装填两种不同的甲烷化催化剂，列管中的其它空间用导热瓷球来填充；甲烷化反应放出的热量通过反应器壳程中的循环水迅速移走；同时均温甲烷化反应器之后再串联一个绝热甲烷化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。分别设立两个反应器。

周焕文CN104593109A一种焦炉气冷激式甲烷化反应装置及其反应方法，属于煤化工领域。焦炉气甲烷化反应采用冷激式反应器，其特点是催化剂分段装填，两段催化剂床层之间为冷激区，反应器内含有至少一个冷激区。含有适量循环气的焦炉气从反应器的上部进入，进入第一段催化剂床层后，发生甲烷化反应，温度升高。从第一段床层流出的气体进入冷激区，与一定量的低温焦炉气混合，进入第二段催化剂床层，发生甲烷化反应，温度升高。从第二段床层流出的气体进入冷激区，与一定量的低温焦炉气混合，进入第三段催化剂床层，发生甲烷化反应，温度升高。上述的装置与方法，只需对进入冷激式反应器第一段床层的焦炉气进行循环稀释，因此，循环量相应降低、流程短、效率高。分别设立三个反应器。

把高浓原料气反应速度降低，由此减少产生的热量，把低浓原料气反应速度加快是本发明的思路，但是各级反应的温度区间要接近才行。

发明内容

一种甲烷化的改进工艺，其特征在于多段甲烷化反应在同一恒温反应器中进行，恒温反应器设置至少两组催化剂反应列管，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为传热媒体。第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料气中CO_x的40~60%称为第一转化气，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为1~10的催化剂，该组催化剂转化第一转化气中CO_x的40~99.9%称为第二转化气，若产热较高，则产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热，若反应物浓度较低，其自发反应热不足以维持甲烷化反应持续发生，则依靠从热媒体获取的热量来维持反应恒温进；依此类推，最多设置5组；最终反应气二氧化碳总浓度低于50ppm。前述各组反应器内催化剂，依据反应物浓度、反应物放热强度等因素，分别选择反应活性1~10的催化剂进行装填，以保证各组反应器放热温和稳定。前述热媒体可以是水、导热油、乙二醇等。恒温反应器是指反应温度在250~400℃范围，优选250~280℃。

与其它专利公告的方法相比，本发明具有以下优势：（1）本发明只用一台反应器，内含多组反应列管使用一热媒体作为热量传递介质，热媒体回收利用简单；（2）反应器本身公用热媒体作为传热介质，有效的对先期各组反应列管的快速放热反应进行降温恒温，提高了催化剂使用寿命；移走的热量同时用于后期各组反应列管的热量维持，保证了甲烷化反应的持续高效进行，避免了额外加热的能量消耗；（3）反应器各段使用催化活性不同，先期各组反应列管使用活性较低的催化剂，避免了高浓度原料下反应剧烈移热困难导致反应器热损坏；后期各组反应列管使用较高活性的催化剂，提高了反应效率，同时有效提高了反应的自发放热功率，降低了低浓度原料反应过慢、原料无法完全利用以及无法自行维持需要额外提供加热的问题。

实施例

实施例1：粉煤气化炉生产的原料气经过变换、脱硫、脱碳，原料气氢气68%，一氧化碳17%，二氧化碳2%，甲烷化反应在同一恒温反应器260~280℃中进行，恒温反应器设置两组催化剂反应列管；第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1，该组催化剂反应转化出口气中二氧化碳为1%，一氧化碳10%称为第一转化气，产生的热量加热管外的水生产蒸汽；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为9，该组催化剂转化出口气中CO₂为50ppm，产生的热量加热管外的水生产蒸汽。

实施例2：焦炉气加一氧化碳、二氧化碳称为原料气，原料气氢气50%，一氧化碳10%，二氧化碳3%，甲烷化反应在同一恒温反应器260~280℃中进行，恒温反应器设置两组催化剂反应列管；第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1，该组催化剂反应转化出口气中二氧化碳为1.2%，一氧化碳3%称为第一转化气，产生的热量加热管外的水生产蒸汽；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为9，该组催化剂转化出口气中CO₂为50ppm，产生的热量加热管外的水生产蒸汽。

实施例3：焦炉气加一氧化碳、二氧化碳称为原料气，原料气氢气50%，一氧化碳10%，二氧化碳3%，甲烷化反应在同一恒温反应器250~260℃中进行，恒温反应器设置两组催化剂反应列管；第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1，该组催化剂反应转化出口气中二氧化碳为1.2%，一氧化碳3%称为第一转化气，产生的热量加热管外的水生产蒸汽；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为2，该组催化剂转化出口气中一氧化碳0.1%，二氧化碳0.1%，产生的热量加热管外的水生产蒸汽。第三组列管内装载的催化剂的反应活性为6，该组催化剂转化出口气中一氧化碳2ppm，二氧化碳50ppm，维持反应温度所需的热量由管外的水蒸汽提供。

Claims

1.一种甲烷化的改进工艺，其特征在于：多段甲烷化反应在同一恒温反应器中进行，恒温反应器设置至少两组催化剂反应列管，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为传热媒体，第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料气中CO_x的40~60%称为第一转化气，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为1~10的催化剂，该组催化剂转化第一转化气中CO_x的40~99.99%称为第二转化气，若产热较高，则产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热，若反应物浓度较低，其自发反应热不足以维持甲烷化反应持续发生，则依靠从热媒体获取的热量来维持反应恒温进；依此类推，最多设置5组；最终反应气二氧化碳总浓度低于50ppm。

2.权利要求1所述各组反应器内催化剂，依据反应物浓度、反应物放热强度等因素，分别选择反应活性1~10的催化剂进行装填，以保证各组反应器放热温和稳定。

3.权利要求1所述的热媒体可以是水、导热油、乙二醇等。

4.权利要求1所述的恒温反应器是指反应温度在250~400℃范围，优选250~280℃。