一种合成气制甲烷的流化床工艺和装置，属于化工技术及设备领域。该工艺包括以下步骤：在流化床反应器内加入催化剂和稀释剂；对催化剂进行升温还原；将合成气通入流化床反应器；反应器换热构件中通入冷却介质以此来移出反应热；分离得到甲烷产品；根据催化剂寿命可选择地包含催化剂的在线更换。所述流化床装置包含反应器简体、原料气体入口、气体分布器、换热构件、扩大段、旋风分离器、催化剂加料口和气体出口，可选择地包括催化剂回收器和气提器，可将反应器分为至少两级。本发明专利技术具有撤热能力好、床层温度均匀、催化剂可在线更换、转化率和选择性高、催化剂连续运行时间长等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用合成气制甲烷的工艺和装置，尤其涉及一种采用流化床工艺制甲烷 的工艺及设备，属于化工技术及设备
技术介绍
迄今为止，我国煤炭经济可采储量1145亿吨，占世界同类储量的13.9%，煤炭也是我国能 源消费结构中一次能源消费的主体，占70.2%。但我国煤炭资源集中在中西部偏远地区，运输 能力和过程的经济性是制约煤炭直接利用的因素。所以通过把煤炭高效转化为易于通过管道 运输的能源化工产品的化工新工艺和技术，具有重要的经济意义。煤制天然气与其他煤化工 技术相比具有流程短，能量利用率高，水耗相对较少，投资较少等特点，同时天然气热值高， 燃烧产物污染小，是普遍采用的清洁能源。煤制天然气过程主要包括煤气化得到合成气的过 程:C+H2O"C0+H2，和合成气甲垸化过程:C0+3H2—H20+CH4。目前，煤制天然气过程中的煤气化 过程已经有相对成熟的工艺技术，而完全甲垸化过程国外只有美国大平原公司进行了固定床 工艺的工业应用，国内仍处于实验室研发阶段。因此,开发合成气制甲烷的新工艺和技术，具 有重要的应用前景。上世纪70年代的石油危机引发了世界对煤制合成甲垸的研究，形成的甲垸化工艺技术主 要有 一、美国大平原公司的甲烷化工艺，H2/C0调节至化学计量比3: l后进入甲烷化反应器 进行甲垸化，采用多段循环绝热固定床反应器，压力30个大气压，温度250 55(TC。 二、英 国煤气公司的甲烷化技术，反应压力30 60个大气压，温度230 70(TC，使用多段循环固定 床反应器。三、丹麦托普索公司甲烷化技术，采用三台串联的绝热固定床反应器。而国内的 相关研究和工业技术开发主要是针对水煤气(25%C0， 40%H2， 10%C02， 25%N2)中一氧化碳的 部分甲垸化过程除去部分有毒的CO，同时生成甲烷，提高煤气的热值，该工艺使用固定床 装置，采用负载型镍催化剂，载体为Al20,、 TiOz等，反应温度300 350。C，过程中仅部分、 约15。/。的C0转化为甲垸，同时由于甲烷化反应是一个强放热反应，绝热温升高，床层温度很难 控制，过程飞温问题比较突出。从以上分析可以得知一、现有的水煤气甲烷化工艺为常压且反应温度较低，为300 35(TC。由于甲烷化为强 放热反应，反应热高达206kJ/rao1，因此有效移出反应热是反应器设计的关键问题之一。当反 应温度较低时，换热温差也较小，同样的换热量需要更大的换热面积。而合成气甲烷化，由 于反应物浓度高、反应速度快、反应放热量大，如果反应温度低，则会由于换热温差小，床 层温度难于控制。另外，由于温度低，不能产生高品质的蒸汽，反应热的利用受到限制。4二、使用固定床反应器，换热能力差，对水煤气部分甲垸化尚能满足换热要求，但对于 合成气完全甲烷化过程，由于放热量很大，固定床很难有效的撤出反应热并控制床层温度， 无法实验反应器的工业放大，而通过多级固定床反应器串联来进行甲烷化，工艺复杂，能量 利用低，存在存在设备投资大，能效低的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对合成气制甲烷过程对反应器类型，换热设计等方面的要求，提供一 种适用于合成气制甲烷的流化床工艺及装置。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案实现 一种合成气制甲烷的流化床工艺，所述工 艺包含以下步骤(1) 催化剂加入流化床反应器内形成催化剂床层，通入惰性气体置换反应器内气体；(2) 加热催化剂床层温度至200 60(TC，同时在惰性气体中加入还原气使催化剂原位还原；(3) 合成气从流化床反应器底部经由气体分布器进入流化床反应器，在流化床反应器筒 体内或流化床反应器筒体内设置换热构件；(4) 在200 70(TC反应温度和1 70大气压下进行反应，并将冷却介质通入换热构件 移出反应热；(5) 反应后的气体从流化床反应器顶部流出，进入分离工段进行分离，得到甲烷产品。可对失活催化剂进行在线更换。所述的催化剂更换过程包括将流化床反应器内部分失活 的催化剂通过失活催化剂导出管输出，同时通过催化剂进料管输入催化剂，使流化床反应器 内的催化剂维持在一个稳定的活性水平，从而实现流化床反应器的长时间运行。所述的催化剂为负载型催化剂。其中催化剂活性组分为Pd、 Pt、 Co、 Ni、 Ru、 Ag、 Fe、 Rh和Cu中的一种或几种的组合，优选为Co、 Ni和Fe中的一种或几种组合，负载量为0. l 60. 0%，优选为2 40%;更优选为5 35%，进一步优选为10 30%;催化剂载体为A1A、 Si02、 Ti02、 ZnO、 Zr02、 MgO和分子筛中的一种或两种，优选为AlA或/和Si02，粒径为20 200刚， 优选为50 100Mm。还可以在所述的负载型催化剂中加入助剂，助剂为Na、 K、 Cs、 Li、 Mg、 Zn和Ca中任一 种金属的氧化物、氢氧化物或盐。流化床反应器入口合成气中一氧化碳和氢气的摩尔比为1:1 1:6，优选为1:3 1:5，进 一步优选为1:3 1:4。操作空速为1000 50000h—、优选为2000 30000h—、，进一步优选为2000 20000 h—、反应温度为200 700°C，优选为300 600°C。反应温度的选取与催化剂的活性温度以及 选择性相关。反应压力为1 70大气压，优选为10 60大气压，进一步优选为20 50大气压。在流化床反应器中还可以加入催化剂稀释剂，以减小单位体积内的放热量，使反应温度 更易控制，催化剂床层温度更加均匀。稀释剂为氧化铝、硅胶、陶瓷和碳化硅中的任一种或 几种的混合，稀释剂与催化剂的重量配比为O. 1:1 50:1，优选为1:1 40:1，进一步优选为 2:1 15:1。为了实现上述本专利技术的合成气制甲垸的流化床工艺，本专利技术提供了一种用于合成气制甲 烷的流化床装置，该装置包括流化床反应器筒体l，位于流化床底部的原料气入口 2和气体 分布器3，在流化床反应器筒体内或流化床反应器筒体外设置换热构件4，位于流化床反应器 筒体上部的扩大段5，位于扩大段内的旋风分离器6，以及位于扩大段顶部的气体出口 7和催 化剂加料口 8。为实现上述本专利技术的合成气制甲烷的流化床工艺，本专利技术提供另一种合成气的流化床装 置，该装置包括流化床反应器筒体l，位于流化床反应器筒体底部的反应气入口 2和气体分 布器3，位于流化床反应器筒体内和/或位于流化床反应器筒体外的换热构件4，位于流化床 反应器筒体上部的扩大段5，位于扩大段内的旋风分离器6，位于扩大段顶部的气体出口 7和 催化剂加料口8，催化剂回收器10和气提器11;所述的催化剂回收器和失活催化剂出料管9 相连，所述的气提器与流化床反应器通过催化剂进料管12相连。在本专利技术所提供的两种合成气制甲垸的流化床装置中，可以通过在流化床反应器筒体内 设置一块或多块级间多孔分布板14，将流化床反应器筒体内的催化剂床层分成至少两级；所 述多孔分布板开孔率为1 40%，优选为0.5 10%;不同级之间设置催化剂外溢流管13a或催 化剂内溢流管13，或者同时设置催化剂外溢流管13a和内溢流管13。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和技术效果① 和现有的水煤气部分甲烷化技术相比，本技术可实现煤制天然气过程中一氧化碳加氢 甲垸化制甲烷，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种合成气制甲烷的流化床工艺方法，其特征在于所述工艺按如下步骤进行： （１）将催化剂加入流化床反应器内形成催化剂床层，通入惰性气体置换反应器内气体； （２）加热催化剂床层温度至２００～６００℃，同时在惰性气体中加入还原气使催化剂原位还原； （３）合成气从流化床反应器底部经由气体分布器进入流化床反应器，在流化床反应器筒体内或流化床反应器筒体外设置换热构件，所述的合成气为ＣＯ和氢气的混合气，或在ＣＯ和氢气的混合气中含有ＣＯ↓［２］、ＣＨ４、Ｎ２、Ｈ↓［２］Ｏ和Ｈ↓［２］Ｓ中的任一种或它们中的几种。 （４）在２００～７００℃反应温度和１～７０大气压下进行反应，并将冷却介质通入换热构件中移出反应热； （５）反应后的气体从流化床反应器顶部流出，进入分离工段进行分离，得到甲烷产品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程易，吉定豪，潘伟雄，田大勇，金涌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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