生产代用天然气的方法技术

本发明专利技术的主题内容是生产合成天然气（SNG）的方法，以高能效方式提供处于下游管道系统的入口压力下的合成天然气。为此目的，在主反应区和后反应区中，通过多级催化甲烷化将含有碳氧化物和氢气的合成气转化成富含甲烷的产物气体，其中通过在所述主反应区之前和/或在所述后反应区之前或其中进行压缩来实现目标压力的调整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产合成天然气的方法。具体来说，本专利技术涉及生产并提供处于适合直接输入天然气管道的压力下的合成天然气的方法。
技术介绍
在二十世纪70年代，出于对天然气的可获得性和供应的怀疑，进行了相当多的尝试以从已知储量丰富的煤产生合成天然气(代用天然气，SNG)。特别是在当地对天然气作为重要的主要能量载体存在大量需求，同时当地有大量可用煤储量的每个地方，对此进行了讨论。SNG的主要组成成分也与天然气中类似，是甲烷。由于基于煤生产SNG的工厂需要相对高的投资，并且随后发现了大量新的天然气储量使人们有理由希望会得到廉价天然气的长期供应，因此在随后的时间里对工业生产SNG的兴趣再次开始降低。随着形势改变，目前已知的天然气储量的枯竭也是可以预见的，在最近几年，对甲烷化的兴趣再一次增加，甲烷化是用于天然气代用气体的可选来源。此外，技术进步为更有效地利用大量遥远的煤储量提供了可能性。地缘政治考虑因素也导致希望更多地摆脱对相对少的大型天然气储量的依赖。因此，在工业规模上生产SNG再次引起越来越高的兴趣。特别有利的是，为供应天然气而建立的基础设施例如现存的管道系统，可以实际上不做改变而被继续利用。正如在1998年Ullmann的《工业化学百科全书》第六版(Encyclopedia ofIndustrial Chemistry)电子版,关键词“煤气生产(GasProduction)”中所解释的,通过一氧化碳(CO)与氢(H2)加氢反 应进行催化甲烷合成的原理，可以追溯到1902年Sabatier与Senderens的论文。所述反应可以由下述反应方程来描述:C0+3H2=CH4+H20也可将二氧化碳根据下列方程转化成甲烷:C02+4H2=CH4+2H20两个反应通过CO转化反应(CO变换)彼此联系，所述转化反应在活性催化剂存在下总是同时进行:C0+H20=C02+H2用于形成甲烷的两个所述反应在进行时大量放热并伴有体积减小。因此，在低温和高压力下促进甲烷以高得率按照上述反应形成。为了获得可接受的反应速率，需要使用适合的催化剂。因此，使用基于镍作为活性金属组分的催化剂。必须小心地避免催化剂毒物例如含硫组分，这是由于所使用的催化剂的失活主要取决于这些催化剂毒物的存在。典型的基于镍的甲烷化催化剂在300至700°C的温度下运行；可以使用例如特制氧化铝载体材料上的具有高镍含量的催化剂，通过掺杂氧化锆来稳定所述载体材料。 专业技术人员很早就已知道从含有一氧化碳和氢气的合成气开始，在工业规模上生产SNG的技术方法。例如，美国专利说明书US4，005, 996A教示了一种用于增加由煤的气化获得的合成气料流的能量含量的方法。所述方法包括利用高活性镍催化剂对碳氧化物和氢气进行催化甲烷化，其中在几个反应阶段中产生含有甲烷和蒸汽的气体混合物。首先通过用适合的吸收剂例如甲醇或含有胺的吸收剂进行涤气，从煤的气化的合成气产物中脱去催化剂毒物和其他杂质以及一部分包含的二氧化碳。取决于来自煤的气化的主要气体的组成，将其通过其他调制阶段，例如用于在含有氧化锌的吸附剂上移除含硫组分的吸附阶段以及其他转化阶段例如变换反应器，以调整合成气的氢气和CO含量。然后通过与第一甲烷化阶段的再循环产物气体进行热交换，将纯化和调制过的合成气加热至约为260°c的第一甲烷化反应器中的入口温度。反应器压力约为25巴。通过将再循环气体与新鲜的甲烷化进料气体进行混合，气体组成也被有利地改变，使得在催化剂床中和甲烷化反应器出口处不会再发生固体碳的沉积。此外，产物气体的再循环起到控制由上面提到的反应的高放热性所造成的热调性(heat tonality)的作用。甲烷化第一反应阶段后是另一甲烷化阶段，其在没有产物气体再循环下运行。将甲烷含量以及因此能量含量方面得以富集的所述甲烷化的产物气体冷却并干燥，由此使其具有适合于导入或混合到常规天然气管道中的质量。为导入到天然气管道中，必须在管道主站中通过压缩将SNG的气压增至管道运行压力，根据1998年Ullmann的《工业化学百科全书》第六版电子版，关键词“天然气”，章节4.1.1 “管道输送(Pipeline Transmission)”,所述压力可以高达80巴。用于从合成气回收SNG的更现代的方法变化形式公开在美国专利申请US2009/0247653A1中。该文献的图2示出了一种方法，其中首先将合成气通过一个或多个甲烷化反应器，在其中产生甲烷化主要产物气体，其随后被冷却，以便通过冷凝使甲烷化主要产物气体与水分离。随后，一部分以这种方式干燥的甲烷化主要产物，在进入甲烷化反应器之前作为再循环气体再循环。剩余部分的甲烷化主要产物气体作为进料被输送给另一个绝热甲烷化反应器(“调整(trim)反应器”)。优选情况下，方法在执行时存在至少两个串联的主甲烷化反应器，其中第一反应器装有新鲜的合成气进料气体和再循环料流，并向第二反应器供应第一反应器的产物气体和新鲜的合成气进料气体两者。在这种方法中，最终也获得冷却并干燥的甲烷化产物气体，在排入管道网络中之前，其压力必须被提高。为了运输到消费者，利用甲烷化生产的SNG通常被输入现有的管道系统。由于合成气在通过甲烷化工厂时遭受压力损失，并且由于与管道压力相比甲烷化工厂中的压力水平较低，因此需要在甲烷化工厂后将富含`甲烷的产物气体加压至管道压力。在可以在网址WWW.topsoe.com下在因特网中获得的手册“使用TREMP 从固体燃料到代用天然气”(Fromsolid fuels to substitute natural gas (SNG) usingTREMP )中，陈述了在将产生的 SNG输入管道系统之前，通常必需提高其压力。此外，陈述了在产生的SNG的生产和干燥之后、即在就要将其输入管道之前，来实现所述压力的提高。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供在工业规模上从合成气生产SNG以及随后将产生的SNG输入管道系统的方法，所述方法的特征在于能效特别高。本专利技术目标的解决方案基本上可以从权利要求1表征的特征并结合通用部件的特点来获得。本专利技术的其他有利方面可以从次级权利要求项获得。在现有技术中已知的生产SNG并将其输入管道系统的方法中，甲烷化产物气体的目标压力、即一般来说管道压力的调整，在最后一个反应阶段之后以及冷却并干燥产物气体之后进行。令人吃惊的是，现在发现，当通过在主反应区之前和/或在后反应区之前或其中已经进行压缩来实现目标压力的调整时，可以实现相当大的能量节约。这并不是显而易见的，这是由于待调整的压力是作为目标压力与甲烷化工厂上整个或其余的压力损失之和而获得。所述压力损失事前并不知道；因此当产生压力损失的工厂区段仍然间插存在时，专业技术人员将避免在上游位点处调整目标压力，并优选在尽可能接近转移点处(在这里是管道的入口处)调整目标压力。在现有技术的甲烷化方法中，由于通过工厂区段的膨胀，必须在甲烷化工厂之后将富含甲烷的产物气体从较低压力加压至管道压力。由于更高的压力比，所述压力比被定义为压缩机的出口压力与入口压力之比，因此与本专利技术的方法相比，用于产物压缩机和循环压缩机的能量合在一起肯定更高。本专利技术方法的主题内容是压缩合成气以调整目标压力的步骤在主反应区之前和/或在后反应区之前或其中实现，而不是像现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·瓦尔特，
申请(专利权)人：鲁奇有限责任公司，
类型：
国别省市：