一种火山型温度序列甲烷合成工艺制造技术

本发明专利技术提供一种火山型温度序列甲烷合成工艺，通过合理分配进入各级高温甲烷合成反应器的新鲜原料气量，优化循环气量，有效控制各段甲烷合成反应器之间的温升，使得各段甲烷合成反应器的热点温度呈火山型分布。降低循环压缩机投资和电能的消耗，大幅降低对高纯水或饱和蒸汽的需求，多产高压饱和蒸汽，从而达到节能降耗、提高装置经济性的目的。

A methane synthesis process with volcanic temperature sequence

The invention provides a volcanic temperature sequence methane synthesis process. By rationally distributing the fresh raw material gas amount to the high temperature methane synthesis reactor at all levels, optimizing the circulation gas quantity and effectively controlling the temperature rise between the methane synthesis reactors of each section, the hot spot temperature of each section of methane synthesis reactor is volcanic distribution. Reducing the investment and energy consumption of circulating compressor, greatly reducing the demand for high pure water or saturated steam, producing high pressure saturated steam, so as to achieve the purpose of saving energy and reducing consumption and improving the economy of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种火山型温度序列甲烷合成工艺
本专利技术属于合成天然气领域，具体涉及一种火山型温度序列甲烷合成工艺。
技术介绍
高温甲烷合成技术是煤制天然气的关键技术之一，甲烷合成反应体系主要关注以下几个反应：CO+3H2→CH4+H2O(1)CO2+4H2→CH4+2H2O(2)2CO→C+CO2(3)CH4→C+2H2(4)C+H2O→CO+H2(5)其中，(1)和(2)是主要的甲烷合成反应，(3)和(4)是主要的积炭反应，(5)是抑制积炭反应。从反应角度看，反应温度越高、水含量越低，催化剂越容易积炭。积炭导致催化剂粉化、失活，引起反应器堵塞，影响工业装置稳定运行，甚至酿成事故。为实现工业装置稳定运行，现有的高温甲烷合成技术采用多段串并联、产品气循环、原料气补水相结合的工艺。该工艺中，各段反应器热点温度通常呈降序形式，即反应器从前到后温度逐渐下降(如620℃→600℃→500℃→380℃)，一段反应器补入水蒸汽占原料气总量通常大于5％(V/V)。从逻辑上分析，该工艺自身存在矛盾：反应器热点温度呈降序分布，因而各段反应器对水含量的需求逐渐降低；而客观事实却是，气体中的水蒸气含量逐渐升高(反应(1)和反应(2)生成水)。温度分布与水分布呈倒挂趋势，不利于工业装置操作的稳定性和能量的高效利用。基于以上逻辑分析，现有工艺的缺点有如下具体表现：(1)一次性投资大：为了保证反应器温度呈降温序列，需要很高的循环气量，因而需要的循环压缩机固定投资费用很高；循环气量大，在相同的空速条件下，催化剂装填量大，费用高；(2)操作费用高：循环压缩机功率大、电耗高；为了保证一段反应器在高温条件下不积炭，需要补入大量水/水蒸气，补入水/水蒸汽含量通常大于总气量的5％(V/V)，从而加大了高纯水/水蒸汽的消耗；(3)能量利用效率低：产品气要求不含水，而现有技术需补入大量水/水蒸气，后续需要用循环水将水蒸气冷凝并脱除，从而造成系统能量损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种火山型温度序列的高温甲烷合成工艺，通过合理分配进入各级高温甲烷合成反应器的新鲜原料气量，优化循环气量，降低循环压缩机投资和电耗，大幅降低高纯水/饱和蒸汽需求，多产高压饱和蒸汽，从而达到节能降耗、提高装置经济性的目的。本专利技术的一种火山型温度序列甲烷合成工艺，该工艺包括：经净化处理后的新鲜原料气按一定的配比进行分股，分别进入各段高温甲烷合成反应器，其中第一股原料气加热到一定温度后与循环气、水/水蒸气(水和/或水蒸气)混合后进入第一段高温甲烷化反应器，每一段高温甲烷合成反应器的出口产品气经废锅换热产高压饱和蒸汽后与下一股新鲜原料气混合，进入其紧随其后的下一段高温甲烷合成反应器，从最后一段高温甲烷合成反应器出来的产品气进入一个或多个(例如2-3个)串联的中低温甲烷合成反应器，控制各段甲烷合成反应器之间的温升，使包括高温甲烷合成反应器和中低温甲烷合成反应器的按序的各段甲烷合成反应器的热点温度呈火山型分布，在除了第一段高温甲烷合成反应器以外的后续的甲烷合成反应器(可以是第二段高温甲烷合成反应器到最后一段高温甲烷合成反应器中的一个或多个，或者是一个中低温甲烷合成反应器)出口引出一股产品气作为循环气循环回第一段高温甲烷合成反应器入口，从最后一个中低温甲烷合成反应器出来的产品气经换热降温、气液分离(通过气液分离器)后得到天然气产品(符合国家标准GB/T33445-2016中规定的二类天然气产品)。其中，新鲜原料气是将煤制合成气经耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳后，再经精制处理后而得到的，优选，新鲜原料气中的硫含量不高于100ppb，优选≤30ppb，氢碳比≥2.95。其组成通常为35-60％H2、6-15％CO、3-10％CO2、1-5％N2、20-50％CH4，按体积计算。这里所述的“火山型分布”是指包括高温甲烷合成反应器和中低温甲烷合成反应器在内的开始段、中间段和最终段的反应器热点温度依次从低到高再到低分布，例如第一段热点温度<第二段热点温度<第三段热点温度<第四段热点温度>第五段热点温度>第六段热点温度，或者第一段热点温度<第二段热点温度<第三段热点温度>第四段热点温度>第五段热点温度>第六段热点温度，或者第一段热点温度<第二段热点温度>第三段热点温度>第四段热点温度>第五段热点温度,或者第一段热点温度<第二段热点温度>第三段热点温度>第四段热点温度，等等)。在本申请中，高温甲烷合成反应器是指进新鲜原料气的反应器，反应器热点温度400～650℃；中低温甲烷合成反应器是指不进新鲜原料气的反应器，应器热点温度280～550℃。进一步地，所述新鲜原料气分为2-4股进入各阶段高温甲烷合成反应器，优选4股，进入第一段高温甲烷合成反应器的新鲜气占新鲜原料气总量的2～40体积％，优选3-36体积％，进入第二段甲烷合成反应器的新鲜气量占比为10～65体积％，优选20-64体积％，进入第三段和/或第四段甲烷合成反应器的新鲜气量占比为0～55体积％，优选第三段占比为0-47体积％(例如14-47体积％或30-47体积％)，优选第四段占比为0-46体积％(例如3-46体积％)。进一步地，所述各段高温甲烷化反应器的级间温升为30～80℃，优选40～75℃，使各段反应器热点温度呈火山型分布。进一步地，第一股原料气加热的温度使得第一段甲烷合成反应器的入口温度为260～340℃，优选280～320℃。进一步地，所述各段甲烷合成反应器的入口温度为260～340℃，优选280～320℃，在高温甲烷合成反应器和中低温合成反应器总共为4-7段的情况下，第一段甲烷合成反应器热点温度为450～580℃，优选540～560℃，第二段甲烷合成反应器的热点温度为480～620℃，优选580～620℃，第三段甲烷合成反应器的热点温度为400～650℃，优选600～650℃，第四段甲烷合成反应器的热点温度为300～650℃，优选500～650℃，如果有的第五段甲烷合成反应器的热点温度为300～550℃，优选400～540℃，如果有的第六段甲烷合成反应器的热点温度为290～400℃，优选300～350℃，如果有的第七段甲烷合成反应器的热点温度为280～360℃，优选290～320℃，热点温度可以通过反应器内部安装的热电偶测量。在上述情况下，例如，第一段到第三段为高温甲烷合成反应器，第四段为高温甲烷合成反应器(在第五段到第七段甲烷合成反应器存在一个或多个的情况下)或中低温甲烷合成反应器(在第五段到第七段甲烷合成反应器不存在或只存在两个以下的情况下)，第五段可以为高温甲烷合成反应器(例如存在第六段和/或第七段甲烷合成反应器的情况下)或中低温甲烷合成反应器(第六段和/或第七段甲烷合成反应器存在或不存在)，第六段和第七段甲烷合成反应器为中低温甲烷合成反应器。进一步地，所述高温甲烷合成反应器为2～5个，优选3～4个，所述中低温反应器为1～3个，优选2个，各段甲烷合成反应器均为绝热式固定床反应器。进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火山型温度序列甲烷合成工艺，该工艺包括：经净化处理后的新鲜原料气按一定的配比进行分股，分别进入各段高温甲烷合成反应器，其中第一股原料气加热到一定温度后与循环气、水/水蒸气混合后进入第一段高温甲烷合成反应器，每一段高温甲烷合成反应器的出口产品气经废锅换热产高压饱和蒸汽后与下一股新鲜原料气混合，进入其紧随其后的下一段高温甲烷合成反应器，从最后一段高温甲烷合成反应器出来的产品气进入一个或2‑3个串联的中低温甲烷合成反应器，控制各段甲烷合成反应器之间的温升，使包括高温甲烷合成反应器和中低温甲烷合成反应器的各段甲烷合成反应器的热点温度呈火山型分布，从除了第一段高温甲烷合成反应器以外的后续的甲烷合成反应器出口引出一股产品气作为循环气循环回第一段高温甲烷合成反应器入口，从最后一段中低温甲烷合成反应器出来的产品气经换热降温、气液分离后得到天然气产品。

【技术特征摘要】
1.一种火山型温度序列甲烷合成工艺，该工艺包括：经净化处理后的新鲜原料气按一定的配比进行分股，分别进入各段高温甲烷合成反应器，其中第一股原料气加热到一定温度后与循环气、水/水蒸气混合后进入第一段高温甲烷合成反应器，每一段高温甲烷合成反应器的出口产品气经废锅换热产高压饱和蒸汽后与下一股新鲜原料气混合，进入其紧随其后的下一段高温甲烷合成反应器，从最后一段高温甲烷合成反应器出来的产品气进入一个或2-3个串联的中低温甲烷合成反应器，控制各段甲烷合成反应器之间的温升，使包括高温甲烷合成反应器和中低温甲烷合成反应器的各段甲烷合成反应器的热点温度呈火山型分布，从除了第一段高温甲烷合成反应器以外的后续的甲烷合成反应器出口引出一股产品气作为循环气循环回第一段高温甲烷合成反应器入口，从最后一段中低温甲烷合成反应器出来的产品气经换热降温、气液分离后得到天然气产品。2.根据权利要求1所述的火山型温度序列甲烷合成工艺，其中，新鲜原料气分为2-5股进入各阶段高温甲烷合成反应器，优选3-4股，进入第一段高温甲烷合成反应器的新鲜气占新鲜原料气总量的2～50体积％，进入第二段甲烷合成反应器的新鲜气量占比为10～65体积％，进入第三段和/或第四段甲烷合成反应器的新鲜气量占比为0～55体积％。3.根据权利要求1或2所述的火山型温度序列甲烷合成工艺，其中，各段高温甲烷化反应器的级间温升为30～80℃，优选40～75℃，使各段反应器热点温度呈火山型分布。4.根据权利要求1-3中任一项所述的火山型温度序列甲烷合成工艺，其中，各段甲烷合成反应器的入口温度为260～340℃，优选280～320℃，优选地，高温甲烷合成反应器和中低温合成反应器总共为4-7段，第一段甲烷合成反应器热点温度为450～580℃，优选540～560℃，第二段甲烷合成反应器的热点温度为480～620℃，优选580～620℃，第三段甲烷合成反应器的热点温度为400～650℃，优选600～650℃，第四段甲烷合成反应器的热点温度为300～650℃，优选500～650℃，如...

【专利技术属性】
技术研发人员：史立杰，李晨佳，张永泽，冯璐瑶，苗磊，
申请(专利权)人：新地能源工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13