本发明专利技术公开了一种基于地下煤气化生产天然气的甲烷化工艺，解决了目前为止尚无基于煤炭地下气化技术生产天然气的甲烷化工艺的问题，方法为将原料气经预热后分为2股，第1股原料气与来自第3级反应器的部分合成气一起进入第1级反应器进行甲烷化反应；第2股原料气与出第1级反应器的合成气一起进入第2级反应器进行甲烷化反应；出第2级反应器经降温之后的合成气进入第3级反应器进一步甲烷化反应；出第3级反应器的合成气部分降温后循环至第1级反应器，其余部分合成气经降温后进入第4级反应器进行进一步甲烷化反应，出第4级反应器的气体经冷却降温分离冷凝液之后得到合成天然气。本发明专利技术工艺简单、循环气量小，热回收率高，甲烷化操作温度范围宽、能耗低、对环境友好，生产出的天然气满足国家标准（GB17820-2012）的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种甲烷化工艺，具体的说是一种基于地下煤气化生产天然气的甲烷 化工艺。
技术介绍
煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化 学作用而产生可燃气体的过程。该技术与传统上的气化最大的不同在于利用地下气化炉的 气化通道替代了传统的气化炉。从而很大程度上降低了设备的投资。与传统的方法相比， 煤炭地下气化省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺的设备，具有安全性好、投资 少、效益闻等优点。随着我国天然气消费量的不断增加，天然气供需缺口逐年扩大。为解决国内天然 气的缺口问题，扩大天气然供给，近年来国内开展了多个煤制天然气项目的建设，即以煤为 原料通过甲烷化合成生产天然气。煤气化装置生产的粗煤气经C0变换、酸性气体脱除后得 到净化气，净化气再经甲烷化反应及干燥后得到满足国家相关标准天然气。其中甲烷化技 术均是采用国外技术，国外甲烷化技术的工艺商主要有丹麦的托普索公司、英国的戴维公 司及德国的鲁奇公司。国内外甲烷化工艺的开发主要基于地面气化制天然气、焦炉气制天然气的甲烷化 工艺。由于典型的焦炉气中CH4高达25%以上，(H2-C02)/(C0+C02)远大于3. 0。焦炉气制 天然气的甲烷化工艺反应深度浅，温升低，工艺较为简单。如专利CN102021054A公开的一 种焦炉气制天然气的甲烷化工艺。基于地面煤气化生产天然气的甲烷化工艺则通常通过补入水蒸气、C02或合成气 循环的方式控制反应温度。专利CN12329671公布了一种合成天然气的甲烷化工艺。该工 艺通过将原料气分成三股分别与循环气、第1级甲烷反应合成气、第2级甲烷反应合成气混 合进入第1级甲烷化反应器、第2级甲烷化反应器和第3级甲烷化反应器。前三级甲烷化 入口温度控制25(T300°C，出口温度控制在65(T700°C，通过5级以上的甲烷化反应合成符 合国家天然气标准的合成天然气。该方案原料气分三股进料，工艺控制复杂，设置了三级高 温甲烷化反应器，操作温度高达650°C，需要对设备进行特殊设计，造成设备制造成本的提 闻。专利CN101560134A公布的甲烷化工艺通过补入C02或水蒸气的方式控制甲烷化 反应温度，这两种方法可以省去循环气压缩机。但是明显降低了系统的能效。补入的水蒸 气在反应过程中通过循环水被冷却分离出来，增加了循环水的用量，给系统带来了冷热病 的问题，降低了系统能效。补入的0)2在甲烷化反应结束之后还需要另外设置脱碳系统以 满足天然气中co2及热值的要求，增加了后续系统的投资。另外，由于煤炭地下气化技术生产的粗煤气具有与普通粗煤气不同的特点，如甲 烷浓度通常在2. (T5. 0%体积百分数，这个数值低于焦炉气及Lugri气化生产的粗煤气中 甲烷的浓度，但是高于干粉煤气化的粗煤气中甲烷的浓度。而甲烷的含量对甲烷化工艺技术具有很大的影响，因此不适用现有的常规甲烷化工艺，或造成反应深度过深，导致操作温 度过高，增加设备投资；或反应深度过浅，导致生产的天然气不合格，即不符合满足国家标 准(GB17820-2012)。又如地下煤气化出口粗煤气压力较低，通常低于0. 15MPaA (A表示绝 压)，这个压力远低于现有的甲烷化工艺的粗煤气压力，这种低压下如何保证系统的正常运 行的情况下，尽可能的降低能耗也是技术人员需要解决的技术问题。目前，对于基于煤炭地下气化技术生产天然气的甲烷化工艺尚未见报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、循环气量小，热回收 率高，甲烷化操作温度范围宽、能耗低、对环境友好的基于地下煤气化生产天然气的甲烷化 工艺，生产出的天然气满足国家标准(GB17820-2012)的要求。技术方案为将原料气预热后分为2股，第1股原料气与来自第3级反应器的部 分合成气一起进入第1级反应器进行甲烷化反应，第2股原料气与出第1级反应器的合成 气一起进入第2级反应器进行甲烷化反应；出第2级反应器经降温之后的合成气进入第3 级反应器进一步甲烷化反应；出第3级反应器的合成气部分降温后循环至第1级反应器，其 余部分合成气经降温后进入第4级反应器进行进一步甲烷化反应，出第4级反应器的气体 经冷却降温分离冷凝液之后得到合成天然气。所述原料气由地下煤气体生产得到粗煤气经净化预处理、压缩、脱苯脱萘、C0变 换、脱硫脱碳处理后得到。原料气的预处理方法为现有技术，本领域技术人员可根原料气的 组成要求合理控制。所述原料气组成为(H2-C02)/(C0+C02) =2 . 90 3. 10，总硫低于0. lppm (mol)。可通 过预处理方法中的C0变换来调节原料气组成的比值。第1级反应器入口温度控制在28(T350°C，出口温度控制在60(T65(TC ;第2级反应 器的入口温度控制在25(T350°C，出口温度控制在60(T65(TC ;第3级反应器的入口温度控 制在25(T280°C，出口温度控制在45(T490°C ’第4级反应器的入口温度控制在22(T250°C， 出口温度控制在32(T370°C。出所述第1级反应器的合成气换热降温至29(T350°C后再与第2股原料气一起送 入第2级反应器；出所述第2级反应器的合成气换热降温至25(T280°C，再与第3级反应器 循环而来的部分合成气继续换热降温至13(T17(TC后循环至第1级反应器。出所述第3级反应器的部分合成气换热降温至13(T17(TC分离出冷凝液，再经循 环气压缩机增加至2. (T3. OMPag(表压)，最后再与出第2反应器的合成气换热至32(T390°C 后送入第1反应器，出所述第3级反应器的其余部分合成气换热降温至22(T250°C后送入第 4级反应器。原料气中进第1级反应器的第1股原料气的量占总原料气量的40 65% mol。出第3级反应器的合成气中3(T60% mol的合成气用于循环至第1反应器。所述系统的操作压力为1. 5^8. OMPag (g表示表压)，优选2. 0^3. OMPag (表压)，从 而与地下煤气化生产的粗煤气的出口压力匹配，以降低系统的能耗。出所述第4级反应器的气体换热降温后再送入第5级反应器进行甲烷化反应，出 第5级反应器的气体再经换热降温脱水之后得到合成天然气，所述第5级反应器的入口温度控制在20(T220°C，出口温度控制在23(T250°C。出所述第1级反应器和第2级反应器的合成气的反应热可副产中压或高压蒸汽； 出第3级反应器的合成气反应热根据温度的等级分别被用来预热原料气，预热锅炉给水和 除盐水，出第4级、第5级反应器余热根据温度的等级分别用来预热锅炉给水和除盐水。如 出第1级和第2级的合成气流量最大，温度最高，因此用来副产中/高压蒸汽。出第3级反 应器的合成气可先被用来预热原料气，之后自身被降温至330°C左右，这个时候高温余热已 经很少了，如果用来副产蒸汽的话投资会太高，经济上不合理，因此这些余热用来预热锅炉 给水较为合适。经预热锅炉给水后，反应余热温度只有160°C左右，用来预热除盐水较为合 适。出第3级反应器的部分合成气(又称循环气)进循环气压缩机之前被降温至 13(T17(TC，在满足控制第1级甲烷化反应温度的同时，还通过控制循环气的温度及流量达 到降低循环气压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于地下煤气化生产天然气的甲烷化工艺，其特征在于，将原料气先经过预热，再分为2股，第1股原料气与来自第3级反应器的部分合成气一起进入第1级反应器进行甲烷化反应；第2股原料气与出第1级反应器的合成气一起进入第2级反应器进行甲烷化反应；出第2级反应器经降温之后的合成气进入第3级反应器进一步甲烷化反应；出第3级反应器的合成气部分降温后循环至第1级反应器，其余部分合成气经降温后进入第4级反应器进行进一步甲烷化反应，出第4级反应器的气体经冷却降温分离冷凝液之后得到合成天然气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：晏双华，卢文新，双建永，严义刚，王志峰，李繁荣，夏炎华，胡四斌，徐建民，皮金林，夏吴，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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