一種生產(chǎn)合成天然氣的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合成天然氣技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種以煤或生物質(zhì)的氣化產(chǎn)物為原 料生產(chǎn)低氫高品質(zhì)天然氣的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤制天然氣所生產(chǎn)的天然氣與傳統(tǒng)的氣田、油田采出的天然氣在組成上存在一定 差別，其中一個顯著的特點是氫氣含量高。我國天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會2014年正式發(fā)布 了《進(jìn)入天然氣長輸管網(wǎng)的氣體質(zhì)量要求（征求意見稿）》，征求意見稿中規(guī)定，一類天然氣 中氫氣的含量要求不大于〇. 5mol %，二類天然氣中氫氣的含量要求不大于2mol %。
[0003] 甲烷化技術(shù)是煤制天然氣領(lǐng)域的核心技術(shù)，天然氣的產(chǎn)品質(zhì)量直接受甲烷化技 術(shù)影響。而在現(xiàn)有工藝中，CO2轉(zhuǎn)化率受限，不能完全反應(yīng)，目前國內(nèi)外甲烷化專利技術(shù)的 產(chǎn)品性能保證值中氫氣含量一般為不大于3mol%，但無法保證天然氣中的氫氣含量低于 2mol%，均不滿足《進(jìn)入天然氣長輸管網(wǎng)的氣體質(zhì)量要求（征求意見稿）》中關(guān)于一類天然 氣、二類天然氣的指標(biāo)要求。隨著《進(jìn)入天然氣長輸管網(wǎng)的氣體質(zhì)量要求》正式實施，對煤 制天然氣產(chǎn)生較大影響，因此開發(fā)一種生產(chǎn)低氫合成天然氣的甲烷化技術(shù)對煤制天然氣產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)低氫高品質(zhì)合成天然氣（Synthetic Natural Gas，SNG)的方法及裝置。本發(fā)明的目的是通過提供以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0005] 本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)合成天然氣的方法，包括：
[0006] a)將包含按摩爾百分比計的一氧化碳5~25 %、二氧化碳0~20%、氫氣20~ 80%、甲烷0~20%的原料氣1經(jīng)第一換熱器2升溫至150~400°C后按1 : 0.5~5 : 0~ 〇. 5的體積比分成第一股原料氣4、第二股原料氣5和第三股原料氣6 ;
[0007] b)將步驟a)得到的第一股原料氣4與第一蒸汽40和第一股循環(huán)氣26混合，得到 溫度為250~400°C的第一混合氣7 ;將第一混合氣7通入第一段甲烷化反應(yīng)器8中進(jìn)行反 應(yīng)，得到溫度為450~750°C的第一段產(chǎn)品氣9 ;該第一段產(chǎn)品氣9經(jīng)第二換熱器10, KV換 熱后，得到換熱后的產(chǎn)品氣11 ;該換熱后的產(chǎn)品氣11經(jīng)第三換熱器12, C降溫至250~ 400°C，得到降溫后的第一段產(chǎn)品氣13 ;
[0008] c)將步驟b)得到的降溫后的第一段產(chǎn)品氣13與步驟a)得到的第二股原料氣5、 第二蒸汽41、第二股循環(huán)氣27混合，得到溫度為250~40(TC的第二混合氣14 ;將第二混 合氣14通入第二段甲烷化反應(yīng)器15中進(jìn)行反應(yīng)，得到溫度為450~700°C的第二段產(chǎn)品氣 16 ;該第二段產(chǎn)品氣16經(jīng)第四換熱器17,17'降溫至200~400°C，得到降溫后的第二段產(chǎn) 品氣18 ;
[0009] d)將步驟c)得到的降溫后的第二段產(chǎn)品氣18按0. 3~5 : 1的體積比分成循環(huán) 氣19和第二股第二段產(chǎn)品氣20 ;所述循環(huán)氣19經(jīng)第五換熱器21降溫至100~350°C，經(jīng) 氣液分離后送入循環(huán)壓縮機(jī)23增壓，得到增壓后的循環(huán)氣24 ;增壓后的循環(huán)氣24經(jīng)第五 換熱器21升溫到200~350°C，然后將其按0. 5~I : O~0. 5的體積比分成第一股循環(huán) 氣26和第二股循環(huán)氣27 ;
[0010] e)將步驟d)得到的第二股第二段產(chǎn)品氣20與步驟a)得到的第三股原料氣6、第 三蒸汽42混合，得到溫度為200~300°C的第三混合氣29 ;將第三混合氣29通入第三段甲 烷化反應(yīng)器30中進(jìn)行反應(yīng)，得到溫度為200~300°C的第三段產(chǎn)品氣31 ;該第三段產(chǎn)品氣 31經(jīng)第一換熱器2降溫至20~90°C，然后經(jīng)氣液分離器33進(jìn)行氣液分離脫水，得到降溫 脫水后的第三段產(chǎn)品氣34;
[0011] f)將步驟Θ)得到的降溫脫水后的第三段產(chǎn)品氣34經(jīng)第六換熱器35升溫至200~ 300°C，然后通入第四段甲烷化反應(yīng)器37中進(jìn)行反應(yīng)，得到溫度為200~320°C的第四段產(chǎn) 品氣38 ;
[0012] g)將步驟f)得到的第四段產(chǎn)品氣38經(jīng)第六換熱器35降溫并進(jìn)行氣液分離，得到 溫度為20~80°C的最終產(chǎn)品氣39，
[0013] 其中，所述第一段甲烷化反應(yīng)器8、第二段甲烷化反應(yīng)器15和第四段甲烷化反應(yīng) 器37為絕熱固定床甲烷化反應(yīng)器，第三段甲烷化反應(yīng)器30為等溫絕熱固定床甲烷化反應(yīng) 器。
[0014] 優(yōu)選地，在本發(fā)明生產(chǎn)合成天然氣的方法的步驟a)中，將所述原料氣1按 1 : 0.5~2 : 0~0.3的體積比分成第一股原料氣4、第二股原料氣5和第三股原料氣6。
[0015] 更優(yōu)選地，在本發(fā)明生產(chǎn)合成天然氣的方法的步驟d)中，將所述第二段產(chǎn)品氣18 按0. 3~3 : 1的體積比分成循環(huán)氣19和第二股第二段產(chǎn)品氣20。
[0016] 再優(yōu)選地，在本發(fā)明生產(chǎn)合成天然氣的方法的步驟d)中，將所述增壓后的循環(huán)氣 24按0.7~I : 0~0.3的體積比分成第一股循環(huán)氣26和第二股循環(huán)氣27。
[0017] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明生產(chǎn)合成天然氣的方法還包括以下步 驟：
[0018] 使來自界區(qū)的鍋爐給水43,43'進(jìn)入汽包44,4V，經(jīng)過在汽包44,4V中進(jìn)行氣 液分離后，得到第一鍋爐給水45,45 ^、第二鍋爐給水47,47 ^和第第三飽和蒸汽49 ;
[0019] 然后使來自汽包44,4f的第一鍋爐給水45,45<進(jìn)入第二換熱器10, KV或第 三換熱器12,12'，以產(chǎn)生3~IOMPa的第一飽和蒸汽46,46';
[0020] 使來自汽包44,4V的第二鍋爐給水47,47'進(jìn)入第四換熱器17,17'，以產(chǎn)生 3~IOMPa的第二飽和蒸汽48,4屮；以及
[0021] 使來自汽包44,4(的第三飽和蒸汽49,4￥經(jīng)第三換熱器12，^或第二換熱 器10,10'升溫，得到溫度為300~550°C的過熱蒸汽50,50'。
[0022] 進(jìn)一步優(yōu)選地，在本發(fā)明生產(chǎn)合成天然氣的方法中，當(dāng)?shù)谝诲仩t給水45,45'進(jìn)入 第二換熱器10, KV時，第三飽和蒸汽49,4Y經(jīng)第三換熱器12, C升溫；當(dāng)?shù)谝诲仩t給 水45,45'進(jìn)入第三換熱器12, C時，第三飽和蒸汽49,4Y經(jīng)第二換熱器10, KV升溫。
[0023] 用于本發(fā)明方法中的原料氣可以由煤或生物質(zhì)按照本領(lǐng)域已知的方法制得。例如 煤或生物質(zhì)經(jīng)過氣化單元、變換單元和凈化單元可以制得該原料氣。
[0024] 本發(fā)明的方法以煤或生物質(zhì)的氣化產(chǎn)物為原料來生產(chǎn)合成天然氣，所得到的合成 天然氣為低氫高品質(zhì)天然氣，其所含的甲烷的摩爾百分比在98%以上，氫氣的摩爾百分比 不大于0. 5%。
[0025] 另一方面，本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)合成天然氣的裝置，該裝置包括：
[0026] 用于進(jìn)行甲烷化反應(yīng)的甲烷化反應(yīng)器，所述甲烷化反應(yīng)器包括第一段甲烷化反應(yīng) 器8、第二段甲烷化反應(yīng)器15、第三段甲烷化反應(yīng)器30以及第四段甲烷化反應(yīng)器37 ;其中， 所述第一段甲烷化反應(yīng)器8、第二段甲烷化反應(yīng)器15和第四段甲烷化反應(yīng)器37均為絕熱固 定床甲烷化反應(yīng)器，第三段甲烷化反應(yīng)器30為等溫絕熱固定床反應(yīng)器；
[0027] 用于加熱和/或冷卻氣體的換熱器，所述換熱器包括第一換熱器2、第二換熱器 10, KV、第三換熱器12, C、第四換熱器17,17'、第五換熱器21以及第六換熱器35;
[0028] 用于將循環(huán)氣增壓的循環(huán)壓縮機(jī)23 ;
[0029] 其中，第一段甲烷化反應(yīng)器8接受來自經(jīng)第一換熱器2加熱的第一股原料氣4、第 一蒸汽40和循環(huán)氣26,并將反應(yīng)得到的第一段產(chǎn)品氣13送至第二換熱器10,10';
[0030] 第二段甲烷化反應(yīng)器15接受來自第一段甲烷化反應(yīng)器8、經(jīng)第一換熱器10,10' 和第三換熱器12,12'換熱后的第一段產(chǎn)品氣13、第二股原料氣5、第二蒸汽41和第二循環(huán) 氣27,并將反應(yīng)得到的第二段產(chǎn)品氣16送至第四換熱器17,17';
[0031] 第三段甲烷化反應(yīng)器30接受來自第二段甲烷化反應(yīng)器15、經(jīng)第四換熱器17,17' 換熱后的第二股第二段產(chǎn)品氣20、第三股原料氣6和第三蒸汽42,并將反應(yīng)得到的第三段 產(chǎn)品氣31送至第一換熱器2 ;
[0032] 第四段甲烷化反應(yīng)器37接受來自經(jīng)第六換熱器35換熱后的第三段原料氣36,并 將反應(yīng)得到的第四段產(chǎn)品氣38送回第六換熱器35 ;
[0033] 循環(huán)壓縮機(jī)23接受來自經(jīng)第五換熱器21降溫后的第一股第二段產(chǎn)品氣22,并將 增壓后的循環(huán)氣24由第五換熱器21加熱后，分成第一股循環(huán)氣26和第二股循環(huán)氣27。
[0034] 優(yōu)選地，本發(fā)明生產(chǎn)合成天然氣的裝置還包括汽包44,4V，該汽包44,4V用于 為換熱器提供鍋爐給水并接受換熱器產(chǎn)生的飽和蒸汽，同時將飽和蒸汽輸送至換熱器。更 優(yōu)選地，該汽包44,44'用于為第二換熱器10,10'或第三換熱器12,12'提供第一鍋爐給 水45,45'，為第四換熱器17,17'提供第二鍋爐給水47,47'，并接受第二換熱器10, KV 或第三換熱器12, C產(chǎn)生的第一飽和蒸汽46,46<以及第四換熱器17,17'產(chǎn)生的第二 飽和蒸汽48,4屮，同時將第三飽和蒸汽49,4V輸送至第三換熱器12, C或第二換熱器 10，10， 。
[0035] 在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實施方案中，所述換熱器選自廢熱鍋爐或蒸汽過熱 器。
[0036] 在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實施方案中，所述裝置還包括用于對原料氣進(jìn)行深度 脫硫的脫硫反應(yīng)器。