一种制备代用天然气的方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种由新鲜合成气原料制备代用天然气(SNG)的方法，所述方法至少包括下述步骤：将新鲜合成气(11)通入到甲烷化装置(10)进行反应，该甲烷化装置包括带有散热器和气体再循环装置的串联的绝热反应器(101-104)，其中，新鲜合成气平行通入到所述反应器中。优选的具体实施方式中，将反应气体再循环至第一反应器(101)中，通过通入蒸汽，在第一和第二反应器的入口对新鲜合成气体进行进一步稀释。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种制备代用天然气的方法及设备本申请是申请日为2009年4月16日，申请号为200910135203.0，专利技术名称为“一种制备代用天然气的方法及设备”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及代用天然气(SNG)的制备方法。本专利技术尤其涉及一种通过在包含绝热反应器的甲烷化装置中使含有氢和碳氧化物的合成气反应而制备SNG的方法，该绝热反应器可进行中间热回收和气体再循环。本专利技术还涉及实施该方法所用的设备。
技术介绍
人们对SNG制备
的兴趣正日渐增大。SNG是一种清洁燃料，可使用现有的天然气管道和设施供给，可广泛应用为天然气的代用品。制备代用天然气(SNG)的公知方法涉及含氢和碳氧化物的合成气(补给气)的甲烷化。通过甲烷化反应，合成气被转换为由95%或更多甲烷(CH4)与少量二氧化碳、氢气和惰性气体组成的更有价值的产品。由煤或生物质气化获得的合成气还具有其他的优点:由于有大量的煤可供应，由煤炭气化获得SNG具有很强的吸引力，而与化石燃料相比，由生物质气化获得SNG并未增加全球二氧化碳排放量。基本上，合成气的甲烷化过程包括以下反应，为强放热反应:(I)C0+3H2—CH4+H20(II) C02+4H2— CH 4+2Hz0其中，反应⑴的热输出(反应热)约206千焦耳/摩尔，反应(II)约165千焦耳/摩尔。根据公知技术，上述反应是在一种包含多个可热回收和气体再循环的绝热反应器的称之为甲烷化装置中进行的。将反应器设置为顺序操作，即向第一个反应器注入新鲜气体，向随后的每个反应器注入由该装置中先前的(上游)反应器得到的部分转化的气体流。反应器中含有适当的催化剂以增加反应产率。热回收和气体再循环用于控制放热反应，避免反应器内温度过高，那可能损害反应器本身和/或催化剂。更具体地，热回收是在每个反应器出口处通过换热器冷却热气体流，例如通过生成高压蒸汽。再循环是为控制反应器内的反应速率和温度采取的进一步措施，其用部分反应气体稀释注入第一反应器的新鲜气体。气体再循环需要准备合适的压缩机。例如，名为TREMPTM的众所周知的市场化方法包含甲烷化装置，其含有第一反应器，其注有具有适当氢气和一氧化碳比的新鲜合成气，和另外两个反应器。第一反应器输出的反应气体通过过热器和高压锅炉，分成两股气流。一股气流通向第二个反应器，另一股气流通过气体预热器和压缩机再循环到第一反应器的进气口。在另一公知的工艺中，再循环气流顺着第二或其后反应器而下，并与注入第一反应器的新气混合，即，再循环回路包括甲烷化装置的所有反应器，最后(结束)的反应器可能是个例外。现有技术工艺的一个共同特点是，新鲜气体输入完全通向第一个反应器。由于反应相关的热输出，强稀释是非常必要的，因此，反应气体的相关部分需要重新循环。进入第一反应器的总摩尔流量和新合成气原料的摩尔流量之间的比例可高达6或7，这意味着，进入第一反应器的大约15-20%或更少的气体是新鲜合成气，而80%以上是重新循环的反应气体。因此，用于气体再循环的压缩机的功率消耗是相当高的，也因而，压缩机本身就是一个庞大而昂贵的装置。另一个缺陷是，再循环气体的量使通过反应器的流动速率增大，尤其是第一个反应器，这需要更大更昂贵的装置和更大量的催化剂。所有这些缺陷影响了甲烷化装置的成本，并因此影响了 SNG比化石天然气在价格方面存在的竞争力；另一方面，为避免反应器过热，再循环的比率高似乎是不可避免的。
技术实现思路
本专利技术要解决的根本问题是提供一种更具成本效益和竞争力的方法，该方法能将含有碳氧化物和氢的合成气转换成代用天然气。更具体地，本专利技术旨在减少对气体再循环的需求和仍在影响现有技术方法的相关缺陷。本专利技术的基本思想是将新鲜补给的合成气平行加入到甲烷化装置的反应器中。从而，通过一种由新鲜合成气原料制备SNG的方法解决了上述问题，所述方法包括下述步骤:将新鲜合成气通入到包括至少一个第一绝热反应器和其他串联的绝热反应器的甲烷化装置(10)进行反应，以便每一个所述的其他的反应器通入来自于该甲烷化装置在前的反应器中的气流，和至少部分反应气体被通入所述的至少一个反应器中再循环，其特征在于，所述新鲜合成气原料平行通入到所述反应器中。在优选的【具体实施方式】中，新鲜的补给合成气原料被分为多股新鲜气体流，每股所述新鲜气体流被分别输入到甲烷化装置的一个所述反应器中。更优选，每股新的气流占可用的全部合成气的15%至35%。典型的安排是，四个串联的主要反应器中，分出25%新鲜补给气至第一反应器，20%至第二反应器，25%至第三反应器，30%至第四反应器。反应器的数量取决于所用(容许的最高出口温度)催化剂的类型和要求的气体质量(最大量的0)2和H 2)。根据本专利技术的另一个方面，气体再循环是按下述方式进行的:取第一反应器出口处的部分气流并将其通回到相同的第一反应器。换言之，根据本专利技术的另一个方面，气体再循环回路仅涉及第一反应器，其通入加有再循环反应气体的新鲜气体，而每个第二和其他的反应器通入加有来自甲烷化装置的在前反应器的反应气体的新鲜气体和甲烷化装置。根据本专利技术的另一方面，在至少第一反应器的入口加入蒸汽，也优选在甲烷化装置的第二反应器的进口加入。添加蒸汽可以有效地控制反应温度，因为蒸汽稀释新鲜合成气体并改变化学平衡，降低了反应器内部的反应速率，并成为反应(I)和(II)的产物之一。在一个优选的实施方案中，第一个反应器的反应气体被分为第一气体部分和第二气体部分；所述第一气体部分进行再循环以稀释通入第一反应器的新鲜气体流，在所述第一反应器的入口获得稀释的气体流，其在进入第一反应器之前加入蒸汽流进一步稀释；所述第二气体部分用于稀释通入甲烷化装置第二反应器的新鲜气体，并且进入所述第二反应器的气体流也用蒸汽进一步稀释。蒸汽可在用再循环气体或反应气体稀释新鲜气体前后加入。本专利技术的目的也在于提供甲烷化装置，其将含有碳氧化物和氢气的合成气转变成代用天然气，并能实施上述方法，也提供包含该甲烷化装置的设备。在本专利技术的一个实施方案中，甲烷化装置包括第一反应器和多个适于进行所述新鲜合成气的甲烷化反应的其他反应器，和一个新鲜合成气输送管道，该管道被安排用于将所述新鲜合成气平行输送至所述第一和其他反应器，各反应器接收新鲜合成气的预设部分。在本专利技术的优选【具体实施方式】中，提供了一个再循环回路，其接收来自第一反应器的反应气体部分，并将该所述反应气体部分与第一反应器的新鲜合成气通入部分混合。更优选地，提供蒸汽导入管道以进一步稀释进入甲烷化装置第一和第二反应器的气体。本专利技术具有下述优点:由于第一反应器仅接收一部分新鲜气体原料，可用比现有技术更少的循环气控制内部温度，例如总气体量与新鲜气体的摩尔比?2。通过本专利技术优选【具体实施方式】中所述的添加蒸汽，再循环反应气的必要性得到进一步降低。每个第二和其他的反应器接收部分由来自甲烷化装置上游反应器的部分转化的气体稀释的新鲜气体，以致于没有必要为所述反应器提供气体再循环。由于本专利技术，再循环回路的压缩机比现有技术要求的压缩机小的多。例如实施现有技术方法并能生产SNG(2.10~6Νπι3/(1&7)的设备为了气体循环一般需要8-MW的压缩机，而实施本专利技术方法并能实现相同产量的压缩机需要便宜的多的350-kW压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由新鲜合成气原料(11)制备SNG的方法，所述方法至少包括下述步骤：将新鲜合成气通入到包括至少一个第一绝热反应器(101)和至少一个其他串联的绝热反应器(102‑104)的甲烷化装置(10)进行反应，以便每一个所述的至少一个其他的反应器(102‑104)通入来自于该甲烷化装置在前的反应器中的气流，和至少部分反应气体(22)被通入所述的至少一个反应器中再循环，其特征在于，所述新鲜合成气原料(11)平行通入到所述反应器(101‑104)中，其中气体再循环是按下述步骤进行的：取第一反应器(101)出口处的反应气流(20)的部分(22)并将所述气流部分(22)作为再循环气体稀释通入到所述第一反应器(101)的新鲜气流(12)中，在所述第一反应器的入口处得到稀释气流(18)。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：艾曼诺·菲利普，弗朗西斯科·巴拉托，
申请(专利权)人：卡萨尔甲醇公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH