一种煤气化合成气制天然气工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种煤气化合成气制天然气工艺，该工艺主要包括煤气化、原料气净化(不脱除CO2)、水汽变换、甲烷化和CO2脱除。首先脱除粗煤气中的含硫物质，然后通过水汽变换调整合成气中H2/3CO在0.8～2.0范围内。在甲烷化过程中，通过多段(级)甲烷化反应，将合成气转化为甲烷；脱除产品气中的CO2，这样制得了甲烷浓度在95％以上，满足管输天然气标准的合成天然气(SNG)，同时还可以实现CO2的捕集。本工艺极大地降低了系统能耗与CO2捕集成本，提高了煤制天然气技术的经济性；同时，还可以将捕集的CO2进行地质封存或用于煤的CO2气化或制得食品级CO2。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于制天然气领域，具体涉及一种煤气化合成气制天然气工艺。
技术介绍
“富煤、少油、贫气”的能源结构，导致我国油气资源长期存在供求矛盾。经济的快速发展以及民生与环保压力，又加剧了我国对天然气这一清洁能源的需求。预计到2020年，我国天然气需求缺口达1500亿立方米，对外依存度将达到50% ;再加上国际能源价格急剧动荡，对我国能源安全带来严重影响。因此，开发煤制天然气技术，将丰富的煤炭资源转化为天然气，对于缓解我国天然气供求矛盾、保障国家能源安全具有重要的战略意义。煤制天然气(Substitute Natural Gas, SNG)相比其他煤化工技术路线,具有能量转化效率高，水耗少，投资低等优势，是煤炭转化的优选途径之一，同时为构建“煤炭开采一煤炭转化一产品运输一产品利用”的新型煤炭利用模式和产业链，提供了新的选择，也必将为我国的煤炭清洁利用注入新的活力。目前，我国在规划的煤制天然气项目，天然气年产量达700亿立方米，建设投资在3000亿左右。煤制天然气技术的开发具有重要的经济意义和潜在的市场前景。煤制天然气过程涉及到空分、煤气化、净化、变换、甲烷化等过程，其中空分、气化、净化、变换等主要工艺单元国内外都具有成熟的技术；而合成气完全甲烷化制SNG技术仅英国Davy公司具有工业化装置运行，催化剂和工艺还有待进一步优化。为此，合成气完全甲烷化技术目前是煤制天然气
研究的热点。合成气完全甲烷化过程是一个强放热、快反应过程，在以生产SNG为目的的合成气完全甲烷化工艺中 ，研究的焦点是如何控制反应床层温度和提高甲烷化催化剂的耐温性倉泛。 就甲烷化反应工艺而言目前主要包括两种:内换热固定床拟等温床反应器合成气完全甲烷化工艺(CN101480592A、CN101580748A、CN101550053A、CN102010284A、CN102234213A、CN101880559A)和多段循环固定床绝热甲烷化工艺(CN101812339A、CN101885994A、CN101560423A、US4016189、US420596U US4298694、W02007/117597、CN101880558A、US4133825)。这些工艺针对的合成气是经过净化、变换工艺，H2/ (3C0+4C02)比为1.0左右的合成气，围绕如何优化甲烷化工序，降低甲烷化过程的功耗和操作弹性而提出的。没有从煤制天然气全流程进行分析，鉴于此，通过对煤制天然气全系统的分析和优化，提出全新的煤制天然气工艺，显著降低了系统的功耗，提高了煤制天然气过程的经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的煤气化合成气制天然气工艺，通过对煤气化合成气制天然气整套工艺过程的分析，提出先进行甲烷化，再进行脱碳的煤气化合成气制天然气工艺。本专利技术提供了一种煤气化合成气制天然气工艺，该工艺步骤为:将煤气化制得的粗煤气进行净化处理，然后通过水汽变换调整合成气中H2/3C0在0.8 2.0范围内，经过水汽变换调整H2/3C0的合成气，进入合成气甲烷化单元，通过多段循环固定床绝热甲烷化工艺或内换热等温床甲烷化工艺，原料气中的氢气和CO、部分CO2发生甲烷化反应生成产品气CH4和H2O,经过甲烷化后的产品气，进入CO2捕获单元，制得甲烷浓度在95%以上，满足管输天然气标准的合成天然气。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述净化处理过程是通过物理或化学方法全部或部分脱除合成气中的含硫物质、NH3、颗粒、焦油杂质。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的水汽变换可以通过如下方式之一完成:先脱硫再进行低温变换工艺、先脱硫再进行中高温变换工艺、耐硫变换工艺、在甲烷化过程发生水汽变换反应。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的低温变换工艺中的变换催化剂为Cu-Zn系变换催化剂。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的中高温变换工艺中的变换催化剂为Fe-Cr系变换催化剂。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的耐硫变换工艺中的变换催化剂为Co-Mo系变换催化剂。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的在甲烷化过程中发生水汽变换的反应发生在混装有变换催化剂的甲烷化反应器内或具有变换功能的甲烷化催化剂上。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的经过水汽变换的合成气中H2/3C0 在 0.9-1.8 范围内。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的多段(级)循环固定床绝热甲烷化工艺中，甲烷化反应器至少三段(级)。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的多段(级)循环固定床绝热甲烷化工艺中，甲烷化反应器四段(级)。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的多段(级)循环固定床绝热甲烷化工艺中的循环气体源自任何段甲烷化反应器出口气体或者源自经过分水的甲烷化单元出口产品气。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的多段(级)循环固定床绝热甲烷化工艺中，各段(级)甲烷化反应器入口气体为以下气体中的一种:新鲜原料气、新鲜原料气和从任何一级反应器出口气体循环回来的循环气体的混合气体、上一段(级)甲烷化反应器出口气体。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的内换热等温床甲烷化工艺中，甲烷化反应器至少两段(级)。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述多段循环固定床绝热甲烷化工艺和内换热等温床甲烷化工艺中的反应器内填充异型Ni基甲烷化催化剂。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的异型Ni基甲烷化催化剂形状为球状、柱状、七孔、 苜蓿叶中的一种。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的CO2捕集工艺，采用物理或化学分离富集方法实现CO2回收。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺，所述的合成气甲烷化产品气中甲烷的浓度在95%以上，CO、H2低于lppm。本专利技术提供的煤气化合成气制天然气工艺可以用于生物质制合成气以及其他含H2, CO、CO2气体制天然气过程。煤气化合成气制天然气工艺，包括煤气化、空分、净化、变换、甲烷化和CO2捕集单元，其特征在于，所述的净化过程，全部或部分脱除合成气中的含硫物质、NH3、颗粒、焦油等杂质，不脱除其中的C02。经过净化的合成气，进入变换单元，调整H2/3C0比例在0.8 2.0之间，本专利技术优选0.9 1.8。然后进行甲烷化，甲烷化工艺为多段绝热固定床循环工艺或内换热等温床甲烷化工艺；捕集甲烷化产品气中的C02，CO2用于封存或生产食品级CO2或CO2煤气化；分离出CO2的产品气，甲烷浓度大于95%，满足管输天然气标准。具体步骤如下:将煤与通过空分制得的氧气以及供入系统内的水蒸汽，在煤气化炉内发生煤气化反应生成粗煤气；粗煤气在通过净化过程将其中的颗粒、焦油、氨等杂质全部脱除，同时部分或全部脱除含硫物质，制得净化合成气；在水汽变换单元，经过净化的合成气，在变换催化剂或耐硫变换催化剂上发生CO变换反应，调整合成气中的气体组成满足H2/3C0比在0.8 2.0之间，优选0.9 1.8。经过净化、变换的新鲜合成气进入甲烷化单元，在甲烷化单元发生如下反应:C0+3H2 — CH4+H20 ΔΗ0 = -206kJ/mol (I) C02+4H2 — CH4+2H20 Δ H°-165kJ/mol (2)2C0 —本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤气化合成气制天然气工艺，其特征在于：将煤气化制得的粗煤气进行净化处理，然后通过水汽变换调整合成气中H2/3CO在0.8～2.0范围内，经过水汽变换调整H2/3CO的合成气，进入合成气甲烷化单元，通过多段循环固定床绝热甲烷化工艺或内换热等温床甲烷化工艺，原料气中的氢气和CO、部分CO2发生甲烷化反应生成产品气CH4和H2O，经过甲烷化后的产品气，进入CO2捕获单元，制得甲烷浓度在95％以上，满足管输天然气标准的合成天然气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树东，王胜，李德伏，林乐，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：