生產替代天然氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生產替代天然氣的方法，主要解決現有技術存在高溫甲烷化反應循環(huán)氣用量大，壓縮機能耗高，產品替代天然氣中H2或CO2組份超額的問題。本發(fā)明通過采用包括以下步驟：a）提供高溫甲烷化反應區(qū)，所述高溫甲烷化反應區(qū)包括n級串聯(lián)的反應器；b）合成氣原料分為n段分別進入高溫甲烷化反應區(qū)中各級反應器的入口；從最后一級反應器出口流出的物流Vn分為Vn′和Vn″，物流Vn′經壓縮后循環(huán)至第一級反應器入口；c）提供低溫甲烷化反應區(qū)，所述低溫甲烷化反應區(qū)包括m級串聯(lián)的反應器；d）向低溫甲烷化單元任一級反應器中補加含H2的物流Ⅰ，反應后得到產品替代天然氣的技術方案較好地解決了該問題，可用于合成氣制替代天然氣的工業(yè)生產中。
【專利說明】生產替代天然氣的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生產替代天然氣的方法。
【背景技術】
[0002]天然氣是一種高效清潔的能源，能夠在一定程度上彌補石油資源日益緊缺的現狀。但是近幾年我國天然氣需求量快速增長，并且我國天然氣儲量較少。據預測，2015年中國天然氣的需求量將達到1700-2100億Nm3，而同期的天然氣產量只能達到1400億Nm3，供需缺口約300億~700億Nm3。為解決我國天然氣供需矛盾，必須尋求其他替代途徑。
[0003]我國煤炭資源較為豐富，因此將來自煤氣化的合成氣甲烷化制替代天然氣(SNG)的方法能夠有效地緩解我國對天然氣的需求。 [0004]國外一些公司自上世紀70年代開始對煤制SNG進行研究，目前已經工業(yè)化的僅有1984年美國大平原公司建成的煤制SNG工廠，德國Lurgi公司為該裝置進行工藝設計，其甲烷化反應器最初采用BASF公司的G1-85型催化劑，后來轉用英國Davy公司的CRG催化劑。英國Davy公司的煤制SNG工藝采用自己的CRG催化劑，該催化劑具有特別的高溫穩(wěn)定性并且對原料氣H2/C0比的要求不嚴格，因此該煤制SNG工藝中原料氣經過凈化后可以直接進入甲烷化單元。丹麥Topsoe公司的TREMP?工藝的全稱是循環(huán)節(jié)能甲烷化工藝，該工藝的熱回收率較高，對H2/C0比要求比較嚴格，催化劑在700°C下仍然具有催化活性。德國Lurgi公司煤制SNG工藝是目前唯一工業(yè)化運行的煤基制SNG工藝，因此該工藝具有更豐富的工業(yè)規(guī)模運行經驗。目前對于高效的甲烷化催化劑和甲烷化工藝的開發(fā)仍然是煤基制SNG研究的重點。
[0005]合成氣的主要組成是CO、CO2和H2，通過甲烷化反應產生大量甲燒，甲烷合成過程中發(fā)生的反應主要包括:
CO + 3H2 — CH4 + H2O +206.2KJ/mol(I)
CO2 + 4H2 — CH4 + 2H20 +165KJ/mo(2)
CO + H2O — H2 + CO2 +41KJ/mol(3)
在H2過量的情況下主要發(fā)生反應(I)和(2)，反應生成的水又會與CO發(fā)生反應(3)。反應(I)和(2)均是強放熱反應，在合成氣凈化的甲烷合成反應中每1%的CO甲烷合成的絕熱溫升高達73°C，每1%的CO2甲烷合成的絕熱溫升約60°C。
[0006]甲烷化反應溫升還取決于初始甲烷含量，單級甲烷化反應會導致絕熱溫升Λ T為40(T60(TC，低溫能夠使反應向正方向進行，而高溫會抑制甲烷的生成，并且如果不及時將反應過程中產生的熱量撤去，會對催化劑活性造成損失?？刂萍淄榛磻^程溫升的主要方法是采用甲烷化反應產物的部分循環(huán)或者使用冷物流撤去甲烷化反應放出的熱量。
[0007]文獻US4133825A公開了高溫甲烷化部分采用單級反應器，反應器出口分為兩部分，一部分作為循環(huán)氣與高溫甲烷化反應器原料混合，另一部分作為低溫甲烷化反應器進料。文獻CN87102871公開了一個內部有冷卻催化劑床層冷卻系統(tǒng)的甲烷化反應器，合成氣在甲烷化反應器中發(fā)生甲烷化反應，同時有水通過一系列預熱后進入甲烷化反應器的冷卻系統(tǒng)利用甲烷化反應放出的熱量生產蒸汽，撤去反應熱。但是，上述技術仍存在高溫甲烷化反應循環(huán)氣用量大和壓縮機能耗高的問題。
[0008]此外，在實際工業(yè)裝置中，合成氣中的(H2-CO2)/ (C(HCO2)摩爾比雖然通過水氣轉化反應器進行調節(jié)，但是運行中不可避免的波動難以使(H2-CO2)/ (C0+C02)比例穩(wěn)定在理想值3.0，原料組成的波動會影響產品替代天然氣中的H2、C0和CO2的含量，而由于甲烷化裝置反應流程長，通過對原料合成氣的組份比例調節(jié)反映到產品勢必存在較長的時間滯后。
[0009]綜上所述，現有技術存在高溫甲烷化反應循環(huán)氣用量大，壓縮機能耗高，產品替代天然氣(SNG)中H2或CO2組份超額的問題。
【發(fā)明內容】
[0010]本發(fā)明所要解決的技術問題是現有技術存在高溫甲烷化反應循環(huán)氣用量大，壓縮機能耗高，產品替代天然氣中H2或CO2組份超額的問題，提供了一種新的合成氣甲烷化生產替代天然氣的方法。該方法具有循環(huán)氣量低，循環(huán)壓縮機能耗低，產品替代天然氣中H2或CO2組份含量穩(wěn)定，H2 ≤1.0%，CO2 ≤3%，產品優(yōu)級品率高的優(yōu)點。
[0011]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:a)提供高溫甲烷化反應區(qū)，所述高溫甲烷化反應區(qū)包括η級串聯(lián)的反應器，η≥2 ;
b)含H2、C0、C02和H2O的合成氣原料分為η段分別進入高溫甲烷化反應區(qū)中各級反應器的入口 ；除最后一級反應器外，從各級反應器出口流出的物流分別進入下一級反應器入口；從最后一級反應器出口流出的物流Vn分為Vn'和Vn"，物流Vn'經壓縮后循環(huán)至第一級反應器入口 ；其中，合成氣原料中(H2-CO2)/ (C0+C02)摩爾比小于3.0。
[0012]c)提供低溫甲烷化反應區(qū)，所述低溫甲烷化反應區(qū)包括m級串聯(lián)的反應器，m≥2 ;除最后一級反應器外，從各級反應器出口流出的物流分別進入下一級反應器入口 ；
d)向低溫甲烷化單元任一級反應器中補加含H2的物流I，反應后得到產品替代天然氣。
[0013]優(yōu)選地，合成氣原料是由煤或者其他含碳材料得到的含H2、C0、C02和H2O的氣體。
[0014]優(yōu)選地，合成氣原料中(H2-CO2)/ (C0+C02)摩爾比為2.0-3.0，但不等于3.0。
[0015]優(yōu)選地，進入高溫甲烷化反應區(qū)第一級反應器的合成氣W1與進入之后各級反應器的合成氣Wn的體積比為W1: Wn=1: 0-2) ;Vn與Vn'的體積比為Vn: Vn' = 1.1-2.0與進入第一級反應器的合成氣W1的體積比為Vn' =W1=1-4 ;除第一級反應器外，上一級反應器出口物流Vr^1與進入各級反應器的合成氣Wn的體積比為Vr^1: Wn=L 5^3.5。
[0016]優(yōu)選地，以體積百分比計，所述物流I包含80~100%的H2,0~10%的CO2,0~20%的CO ;物流I與進入低溫甲烷化反應區(qū)該級反應器的物流的體積比為>0-0.5。
[0017]更優(yōu)選地，以體積百分比計，所述物流I包含90~100%的H2,0~5%的C02，0-l0%的CO ;物流I與進入低溫甲烷化反應區(qū)該級反應器的物流的體積比為>0-0.3。
[0018]優(yōu)選地，高溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為250~400°C，壓力均為3.0~5.5MPa ;出口溫度均為600~700°C。
[0019]更優(yōu)選地，高溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為300~350°C，壓力均為3.5~5.0MPa ;出口溫度均為620~680°C。
[0020]優(yōu)選地，低溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為200~300°C，壓力均為3.0~5.5MPa,出口溫度均為300~500°C。
[0021]更優(yōu)選地，低溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為240~280°C，壓力均為3.5~5.0MPa,出口溫度均為350~450°C。
[0022]優(yōu)選地，高溫甲烷化反應區(qū)和低溫甲烷化反應區(qū)中的各級反應器均為絕熱固定床反應器。
[0023]優(yōu)選地，物流Vn'由壓縮機升壓至3.5~5.5MPa，溫度2(Tl50°C。
[0024]優(yōu)選地，n=2~6,m=2~6。
[0025]本發(fā)明方法中，高溫甲烷化反應區(qū)和低溫甲烷化反應區(qū)中的各級反應器床層裝填的催化劑為本領域所熟知的Ni系催化劑，組成以重量份數計，包括40-80份的Al2O3載體和負載與其上的20-60份的鎳。高溫甲烷化反應區(qū)和低溫甲烷化反應區(qū)中的各級反應器反應后的物流均經換熱冷卻。壓縮機可為離心式壓縮機、往復式壓縮機或螺桿壓縮機。
[0026]本發(fā)明通過采用至少2級串聯(lián)的高溫甲烷化反應器，自最后一級高溫甲烷化反應器的部分反應產物作為循環(huán)氣通過壓縮機升壓后，作為稀釋劑返回至第一級高溫甲烷化反應器，在各級高溫甲烷化反應器之間設冷卻器，可發(fā)生高壓蒸汽回收熱量，同時在控制反應器絕熱溫升的前提下，可降低循環(huán)氣量，降低壓縮機的功率，從而降低整個裝置的能耗。
[0027]甲烷化反應是強放熱反應，采用絕熱反應器時反應溫升很高，而高溫不利于甲烷化反應轉化率的提高，為得到較高純度的替代天然氣，甲烷化反應分為高溫甲烷化反應區(qū)和低溫甲烷化反應區(qū)，高溫甲烷化反應區(qū)轉化掉大部分的CO和CO2，低溫甲烷化反應器則轉化掉剩余的CO和CO2，得到高純度的替代天然氣。在高溫甲烷化反應區(qū)，由于反應絕熱溫升很高，從保護催化劑、反應器設備和提高轉化率幾方面考慮，高溫甲烷化反應器的溫升必須加以控制，工業(yè)上通常采用將部分反應器出口氣作為稀釋劑經壓縮后循環(huán)回反應器，循環(huán)氣的存在降低了反應入口氣中CO的含量，從而達到控制絕熱溫升的目的，但是如采用單級反應器，為控制溫升所需要的循環(huán)氣量較大，一般循環(huán)比(循環(huán)氣量/原料氣量)為1.5^3,循環(huán)壓縮機能耗非常高。而采用本發(fā)明方法，高溫甲烷化反應器采用多級串并聯(lián)固定床型式，循環(huán)氣以串聯(lián)形式進入反應器，每級反應器補加原料合成氣，每級反應器出口氣取熱后再進入下一級反應器，這樣在控制每級反應器絕熱溫升前提下，有效降低了循環(huán)氣量和循環(huán)壓縮機能耗，達到了節(jié)能的效果，同時總轉化率高。
[0028]此外，甲烷化反應中，理論上I摩爾CO消耗3摩爾H2,1摩爾CO2消耗4摩爾H2,為獲得高純度的替代天然氣，必須控制合成氣中的(H2-CO2)/ (C0+C02)比例，避免產品替代天然氣中剩余較多的H2或CO2,因此原料合成氣中的(H2-CO2)/ (C0+C02)摩爾比希望控制在
3.0理想值，這通常是通過水氣轉化反應器進行調節(jié)，但是實際運行中不可避免的操作波動難以使(H2-CO2) / (C0+C02)比例穩(wěn)定在理想值，原料組成的波動會影響產品替代天然氣中的H2和CO2的含量，而由于甲烷化裝置反應流程長，通過對原料合成氣的組份比例調節(jié)反映到產品勢必存在較長的時間滯后。
[0029]本發(fā)明通過采用合成氣原料以摩爾比(H2-CO2)/ (C0+C02)小于3.0的比例進入高溫甲烷化反應單元，保證反應過程中CO2過剩，在任意一級低溫甲烷化單元加入H2氣體或富含H2氣體和少量C02、C0的混合氣，通過加入的H2將過剩的CO2反應掉，氣體量的大小由控制產品替代天然氣中H2 ( 1.0%，CO2 ( 3% (體積比)指標來確定；由于低溫甲烷化反應單元反應流程短，該方法可靈敏控制產品替代天然氣中的H2和CO2的含量，不管原料合成氣(H2-CO2)/ (C0+C02)在小于3的前提下如何波動，通過對補充H2氣體量的控制，可保證獲得穩(wěn)定的高質量的替代天然氣，并且不會有過多的H2和C02。
[0030]與現有技術相比，采用本發(fā)明方法，反應系統(tǒng)循環(huán)氣量降低了 50~80%，循環(huán)壓縮機能耗降低30~70%，高溫甲烷化反應區(qū)的CO轉化率提高了 5~15%，產品替代天然氣中的H2 ( 1.0%，CO2 ( 3%，產品優(yōu)級品率提高10%以上，取得了較好的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明合成氣制替代天然氣(SNG)的工藝流程示意圖(以兩級高溫甲烷化反應和兩級低溫甲烷化反應為例)。
[0032]圖2為現有合成氣制替代天然氣(SNG)的工藝流程示意圖。
[0033]圖1和圖2中，I為合成氣原料，2為一級高溫甲烷化反應器進料合成氣W1, 3為二級高溫甲烷化反應器進料合成氣W2,4為一級高溫甲烷化反應器進料混合氣，5為一級高溫甲烷化反應器出料氣V1,6為二級高溫甲烷化反應器進料混合氣，7為二級高溫甲烷化反應器出料氣V2,8為去循環(huán)壓縮機的循環(huán)氣V2'，9為一級低溫甲烷化反應器入口氣V2" ,10為一級低溫甲烷化反應器出口氣，11為二級低溫甲烷化反應器出口氣，13為補加氣體(物流I )，101為一級高溫甲烷化反應器，102為二級高溫甲烷化反應器，103為一級低溫甲烷化反應器，104為二級低溫甲烷化反應器，105為一級高溫甲烷化反應器出口冷卻器，106為二級高溫甲烷化反應器出口冷卻器，107為循環(huán)氣冷卻器，108為一級低溫甲烷化反應器入口換熱器，109為二級低溫甲烷化反應器入口換熱器，110為循環(huán)氣壓縮機，111為產品分液罐。
[0034]圖1中，原料合成氣I分為兩部分，一段合成氣2和循環(huán)氣8混合后的物流4進入一級高溫甲烷化反應器101發(fā)生甲烷化反應，得到一級高溫甲烷化反應器出料氣5。一級高溫甲烷化反應器出料氣5經一級高溫甲烷化反應器出口冷卻器105冷卻后，與二段合成氣3混合后的物料6進入二級高溫甲烷化反應器102，得到二級高溫甲烷化反應器出料氣7。二級高溫甲烷化反應器出料氣7經二級高溫甲烷化反應器出口冷卻器106冷卻后，分為2股:一股物料8經循環(huán)氣冷卻器107冷卻、循環(huán)壓縮機110壓縮后，作為循環(huán)氣物料與一段合成氣2混合；另一股物料9經一級低溫甲烷化反應器入口換熱器換熱后進入一級低溫甲烷化反應器103，出口氣10與補加氣體13混合后經二級低溫甲烷化反應器入口換熱器109換熱，進入二級低溫甲烷化反應器104，出口氣11經分液罐111除去水14后得到產品替代天然氣15。補加氣體13與出口氣10的體積比為>0-θ.5。
[0035]圖2中，原料合成氣I全部與循環(huán)氣8混合，混合后的物流4進入一級高溫甲烷化反應器101發(fā)生甲烷化反應，得到一級高溫甲烷化反應器出料氣5。一級高溫甲烷化反應器出料氣5經一級高溫甲烷化反應器出口冷卻器105冷卻后，分為2股:一股物料8經循環(huán)氣冷卻器107冷卻、循環(huán)壓縮機110壓縮后，作為循環(huán)氣物料與原料合成氣I混合；另一股物料9經一級低溫甲烷化反應器入口換熱器108換熱后進入一級低溫甲烷化反應器103，出口氣10經二級低溫甲烷化反應器入口換熱器109換熱后進入二級低溫甲烷化反應器，反應后得到最終產品氣11。
[0036]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述?！揪唧w實施方式】
[0037]【實施例1】
某12億Nm3/年合成氣制替代天然氣裝置(年操作時數8000小時)，采用圖1的工藝技術，高溫甲烷化和低溫甲烷化反應區(qū)均為兩級，其中裝填的催化劑均為Ni系催化劑(其中Al2O3 載體 60%，鎳 35%)。原料合成氣 I 組成為:(H2-CO2)/ (C0+C02)=2.80，壓力 3.5MPa，進料量為60萬Nm3/h,分為兩部分,一段合成氣2和二段合成氣3的比例為1: 1.5, —段合成氣2和循環(huán)氣8混合后的物流4在溫度300°C下進入一級高溫甲烷化反應器101發(fā)生甲烷化反應，循環(huán)氣8和一段合成氣2的體積比為2.4:1，反應出口物流5溫度650°C，經一級高溫甲烷化反應器出口冷卻器105冷卻后，與二段合成氣3混合后的物料6在300°C下進入二級高溫甲烷化反應器102，反應出口物流7溫度為650°C，壓力3.3 MPa，經二級高溫甲烷化反應器出口冷卻器106冷卻后，分為2股:一股物料8經循環(huán)氣冷卻器107冷卻、循環(huán)壓縮機110壓縮至3.5 MPa后，作為循環(huán)氣物料與一段合成氣2混合，循環(huán)壓縮機采用離心式壓縮機。另一股物料9經一級低溫甲烷化反應器入口換熱器108換熱至280°C后進入一級低溫甲烷化反應器103，出口氣10溫度450°C，與補加H2氣體混合，補加H2氣體量為30000Nm3/h，經二級低溫甲烷化反應器入口換熱器109換熱至280°C，進入二級低溫甲烷化反應器104，出口氣11溫度400°C，壓力3.0MPa，經分液罐分去水后得到產品替代天然氣。物料7與物料8的體積比為1.38，物料5與物料3的體積比為2.0，物料13與物料10的體積比為0.14。
[0038]該裝置 產品天然氣各組分體積含量為:CH4 96%，H20.5%，CO2 1.8%，N2 1.7%，高溫甲烷化反應CO轉化率76%，壓縮機能耗2400KW，產品優(yōu)級品率98%。
[0039]
【實施例2】
某12億Nm3/年合成氣制替代天然氣裝置(年操作時數8000小時)，采用圖1的工藝技術，原料合成氣組成為:(H2-CO2) / (C0+C02) =2.9，一段合成氣2和循環(huán)氣8混合后的物流4在溫度320°C、壓力4.5MPa下進入一級高溫甲烷化反應器101發(fā)生甲烷化反應，循環(huán)氣8和一段合成氣2的體積比為2:1，反應出口物流5溫度700°C，二級高溫甲烷化反應器102入口溫度3200C，出口溫度7000C，壓力4.2 MPa,補加H2氣體量為18000Nm3/h,物料7與物料8的體積比為1.53，物料5與物料3的體積比為1.65，物料13與物料10的體積比，0.16，其余條件同【實施例1】。
[0040]該裝置產品天然氣各組分體積含量為:CH4 95%，H20.8%，CO2 2.5%，N2 1.7%，高溫甲烷化反應CO轉化率74%，壓縮機能耗1700KW，產品優(yōu)級品率97%。
[0041]【實施例3】
某12億Nm3/年合成氣制替代天然氣裝置(年操作時數8000小時)，采用圖1的工藝技術，原料合成氣I組成為=(H2-CO2)/ (C0+C02) =2.85，壓力5.0MPa，分為兩部分，一段合成氣2和二段合成氣3的比例為1 :1，循環(huán)氣8和一段合成氣2的體積比為2:1，一段合成氣2和循環(huán)氣8混合后的物流4在溫度290°C下進入一級高溫甲烷化反應器101發(fā)生甲烷化反應，反應出口物流5溫度640°C，經一級高溫甲烷化反應器出口冷卻器105冷卻后，與二段合成氣3混合后的物料6在300°C下進入二級高溫甲烷化反應器102，反應出口物流7溫度為650°C，壓力4.8 MPa，經二級高溫甲烷化反應器出口冷卻器106冷卻后，分為2股:一股物料8經循環(huán)氣冷卻器107冷卻、循環(huán)壓縮機110壓縮至5.0 MPa后，作為循環(huán)氣物料8與一段合成氣2混合，循環(huán)壓縮機采用往復式壓縮機；另一股物料9與補加H2氣體混合，補加H2氣體量為24000Nm3/h，經一級低溫甲烷化反應器入口換熱器108換熱至300°C后進入一級低溫甲烷化反應器103，出口氣10溫度460°C，經二級低溫甲烷化反應器入口換熱器109換熱至300°C后進入二級低溫甲烷化反應器104，出口氣11溫度400°C，壓力4.5MPa。物料7與物料8的體積比為1.4，物料5與物料3的體積比為2.9，物料13與物料10的體積比為
0.11。其余條件同【實施例1】。
[0042]該裝置產品天然氣各組分體積含量為:CH4 95.5%，H20.8%，CO2 2.2%，N2 1.5%，高溫甲烷化反應CO轉化率75.5%，壓縮機能耗2100KW，產品優(yōu)級品率96%。
[0043]
【實施例4】
某12億Nm3/年合成氣制替代天然氣裝置(年操作時數8000小時)，采用圖1的工藝技術，高溫甲烷化采用三級反應器，原料合成氣I分為三部分，三段合成氣比例為1:1.2:1.2，各級高溫甲烷化反應器入口溫度均為300°C，循環(huán)氣和一段合成氣的體積比為2.4:1，三段高溫甲烷化反應器出口物流溫度均為650°C，第三級高溫甲烷化反應器出口氣分為2股:一股物料冷卻、壓縮后，作為循環(huán)氣物料與一段合成氣混合，另一股物料進入低溫甲烷化反應區(qū)，其余條件同【實施例1】。
[0044]該裝置產品天然氣各組分體積含量為:CH4 96%，H20.4%，CO2 1.8%，N2 1.8%，高溫甲烷化反應CO轉化率78%，壓縮機能耗1400KW，產品優(yōu)級品率97.5%。
[0045]`
【實施例5】
某12億Nm3/年合成氣制替代天然氣裝置(年操作時數8000小時)，采用圖1的工藝技術，原料合成氣I組成為:(H2-CO2) / (C0+C02) =2.95，低溫甲烷化反應單元補加組成為H2:17%，CO:3%，CO2:80%的混合氣，補加位置在第一級低溫甲烷化反應器入口，補加氣體量為3000Nm3/h，補加氣體量與來自高溫反應區(qū)物料的體積比為0.014，其余條件同【實施例1】。
[0046]該裝置產品天然氣各組分體積含量為:CH4 96%，H20.4%，CO2 1.8%，N2 1.8%，高溫甲烷化反應CO轉化率78%，壓縮機能耗1400KW，產品優(yōu)級品率97.5%。
[0047]
【比較例I】
某10億Nm3/年合成氣甲烷化制替代天然氣裝置，采用圖2的工藝技術，原料合成氣I組成為=(H2-CO2)/ (C0+C02)=3.10，高溫甲烷化采用一級反應，低溫甲烷化反應采用兩級反應，高溫甲烷化反應器進料溫度為300°C，壓力3.5 MPa，反應出口物流溫度650°C，經高溫甲烷化反應器出口冷卻器冷卻后，分為2股，物流5與物流8的體積比為1.5，物流8經冷卻、壓縮至3.5 MPa后，作為循環(huán)氣物料與原料合成氣混合進入高溫甲烷化反應器，物料9經換熱至300°C后進入一級低溫甲烷化反應器，出口氣10溫度450°C，經二級低溫甲烷化反應器入口換熱器換熱至300°C后進入二級低溫甲烷化反應器，出口氣溫度400°C，壓力3.0MPa0
[0048]該裝置產品天然氣各組分體積含量為:CH4 93.5%，H23.5%，CO20.5%，N2 2.5%，高溫甲烷化反應CO轉化率73%，壓縮機能耗5000KW，產品優(yōu)級品率85%。
【權利要求】
1.一種生產替代天然氣的方法，包括以下步驟: a)提供高溫甲烷化反應區(qū)，所述高溫甲烷化反應區(qū)包括η級串聯(lián)的反應器，η≥2; b)含H2、C0、C02和H2O的合成氣原料分為η段分別進入高溫甲烷化反應區(qū)中各級反應器的入口 ；除最后一級反應器外，從各級反應器出口流出的物流分別進入下一級反應器入口；從最后一級反應器出口流出的物流Vn分為Vn'和Vn"，物流Vn'經壓縮后循環(huán)至第一級反應器入口 ；其中，合成氣原料中(H2-CO2)/ (C0+C02)摩爾比小于3.0 ; c)提供低溫甲烷化反應區(qū)，所述低溫甲烷化反應區(qū)包括m級串聯(lián)的反應器，m≥2;除最后一級反應器外，從各級反應器出口流出的物流分別進入下一級反應器入口 ； d)向低溫甲烷化單元任一級反應器中補加含H2的物流I，反應后得到產品替代天然氣。
2.根據權利要求1所述生產替代天然氣的方法，其特征在于合成氣原料是由煤或者其他含碳材料得到的含H2、CO、CO2和H2O的氣體。
3.根據權利要求1所述生產替代天然氣的方法，其特征在于合成氣原料中(H2-CO2)/(C0+C02)摩爾比為2.0~3.0，但不等于3.0。
4.根據權利要求1所述生產替代天然氣的方法，其特征在于進入高溫甲烷化反應區(qū)第一級反應器的合成氣W1與進入之后各級反應器的合成氣Wn的體積比為W1: Wn=1: 0-2)；Vn與Vn'的體積比為Vn: Vn' = 1.1^2.0 ；Vn/與進入第一級反應器的合成氣W1的體積比為Vn' =W1=Il ;除第一級反應器外，上一級反應器出口物流乂11-1與進入各級反應器的合成氣Wn的體積比為Vn-!: Wn=L 5~3.5 ； 以體積百分比計，所述物流I包含80~100%的H2，0~10%的C02，0~20%的CO ;物流I與進入低溫甲烷化反應區(qū)該級反應器的物流的體積比為>0-0.5。
5.根據權利要求4所述生產替代天然氣的方法，其特征在于以體積百分比計，所述物流I包含90~100%的Η2，0-5%的C02，(T10%的CO ;物流I與進入低溫甲烷化反應區(qū)該級反應器的物流的體積比為Χ1-Ο.3。
6.根據權利要求1所述生產替代天然氣的方法，其特征在于高溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為250~400°C，壓力均為3.0~5.5MPa ;出口溫度均為600~700°C ； 低溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為200~300°C，壓力均為3.0~5.5MPa，出口溫度均為300~500°C。
7.根據權利要求6所述生產替代天然氣的方法，其特征在于高溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為300~350°C，壓力均為3.5~5.0MPa ;出口溫度均為620~680°C ； 低溫甲烷化反應區(qū)各級反應器的入口溫度均為240~280°C，壓力均為3.5~5.0MPa,出口溫度均為350~450°C。
8.根據權利要求1所述生產替代天然氣的方法，其特征在于高溫甲烷化反應區(qū)和低溫甲烷化反應區(qū)中的各級反應器均為絕熱固定床反應器。
9.根據權利要求1所述生產替代天然氣的方法，其特征在于物流Vn'由壓縮機升壓至3.5~5.5MPa，溫度 20~150。。。
10.根據權利要求1所述生產替代天然氣的方法，其特征在于n=2~6,m=2~6。
【文檔編號】C10L3/08GK103773526SQ201210412527
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月25日 優(yōu)先權日:2012年10月25日
【發(fā)明者】劉文杰, 郭毅 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院