专利名称：一种采用煤气合成天然气的方法
技术领域：
本发明一种采用煤气合成天然气的方法属于合成天然气方法技术领域。
背景技术：
天然气是一种清洁优质的能源。随着中国城镇化速度加快，人民生活质量的提高， 以及节能减排、生态环境面临的压力，天然气供需矛盾日益突出。我国石油、天然气资源短缺，每年从国外大量进口。我国煤炭资源丰富，主要分布在西北边远省份，与用煤市场逆向分布。2010年我国煤炭产量32. 4亿吨，预计2015年达到42亿吨，这对交通运输、生态环境、成本造成无法承受的压力。因此对煤的就地转化，洁净利用是必由之路。利用煤制天然气，工艺技术成熟，能源转化率高，可用管道长距离输送，环境效益、经济效益好。目前利用煤气合成天然气一般采用产物循环的方法稀释新鲜合成气，增加水蒸汽和甲烷含量，同时降低原料气中CO和压的浓度，以达到控制反应温度的目的。专利 CN201010173181中公开了通过使用循环压缩机将产物气循环的方法控制反应温度，通过产物气循环降低原料中CO和吐的浓度，但却大大增加了运行能耗。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题为提供一种采用控制进入反应器的合成气的水含量，来达到串联逐级反应，并将产生的热量生产高质量蒸汽的天然气合成方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种采用煤气合成天然气的方法，按照以下步骤进行
第一步，增湿
将原料气通入饱和塔，同时通入热水，控制温度为170-200°C，原料气通过在塔内增湿， 得到的合成气；
所述原料气包括H2和⑶，温度为35-50°C，压力为2-5MPa，总硫含量小于0. 1-0. 02ppm, 所述吐与CO的体积比为3. 0-3. 1 ；
第二步，多级催化反应
将所述合成气采用多级反应进行合成天然气，每级反应后得到相应的产品气，控制每一级反应器入口气体的水含量，通过水含量控制每一级产品气的温度为320-720°C，同时控制每一级反应器入口的气体温度为220°C -300°C，在每一级反应后先对产品气冷却排出冷凝水，然后再预热以进入下一级反应器，最终得到合成的天然气，所述天然气经过干燥后达到国家天然气标准GB17820-1999 ；
所述每一级反应器的内部压力2-5MPa。所述第二步多级催化反应中，催化反应为3级或4级。所述一、二级反应器中使用的催化剂为650°C -700°C高温镍基催化剂，三、四级反应器使用230°C -480°C中温镍基催化剂。
所述每级产品气通过废热锅炉产生蒸汽或预热水，充分回收废热。所述第一级产品气温度为600°C -720°C，第二级产品气温度为500°C -650°C，第三级产品气温度为380°C _480°C，第四级产品气温度为320°C _400°C。所述第一级反应器入口的合成气的温度为220°C -240°c，第二级反应器入口的产品气的温度为230°C，第三级反应器入口的产品气的温度为230°C，第四级反应器入口的产品气的温度为300°C。所述四级催化反应合成的天然气经过干燥后，其中CH4的体积百分含量大于 94%、CO浓度小于lOppm、CO2浓度小于200ppm、H2的体积百分含量小于4. 5%，低热值大于 8100kcal/Nm3。所述饱和塔由文丘里增湿器代替。本发明与现有技术相比具有以下有益效果。1、本发明采用饱和塔或文丘里增湿器，用170 240°C工艺冷凝液逆流喷洒入塔的合成气，使合成气中的水含量能够控制反应器床层温度及防止发生结碳反应，与采用循环气控制温度的技术相比，取消循环压缩机，节省投资，达到节能降耗的目的，每10000立方米天然气节电260kw，对一个年生产规模年生产40亿立方米天然气装置，节省投资约 4000万元，年创利约5000万元。2、本发明采用高温镍基催化剂可以在高温下保持催化活性，将产生的反应热生产 4. 5MPa、450°C的过热蒸汽或10MPa、530°C的过热蒸汽，提高了热能的利用率，在工艺过程中还有大量中、低位废热能，可根据需要生产中、低压饱和热蒸汽，锅炉给水脱氧及预热锅炉给水，可使热能利用率达到98%左右。
下面结合附图对本发明做进一步说明。图1为实施例1的工艺流程图。图2为实施例2的工艺流程图。图中1为保护器、2为饱和塔、3为第一级反应器、4为高压蒸汽过热器、5为第一高压废热锅炉、6为第一低压废热锅炉、7为第一换热器、8为第二级反应器、9为第二高压废热锅炉、10为第二低压废热锅炉、11为第二换热器、12为第三级反应器、13为第一水冷却器、 14为第三换热器、15为第四级反应器、16为第三低压废热锅炉、17为锅炉给水预热器、18为第二水冷却器、19为文丘里增湿器。
具体实施例方式实施例1
合格的原料气，H2与CO的体积比为3. 05、温度为40°C、压强为3MPa，总硫浓度小于 0.05ppm。首先进入保护器1，保证硫等有害物不超标。然后原料气进入饱和塔2，温度为 170-200°C，得到220-240°C的合成气进入第一级反应器3进行反应，出来的第一级产品气经高压蒸汽过热器4、第一高压废热锅炉5、第一低压废热锅炉热交换6，产生高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽，同时将第一级产品气冷凝的水从第一换热器7中排出。将温度为 180-190°C的第一级产品气预热至230°C进入第二级反应器8，出来的第二级产品气进入第二高压废热锅炉9、第二低压废热锅炉10热交换生产饱和蒸汽，出来的第二级产品气被冷却至130°C，同时将第二级产品气冷凝的水从第二换热器11中排出。再将第二级产品气预热至230°C进入第三级反应器12，得到第三级产品气，第三级产品气进入第一水冷却器13， 温度降至70°C，将第三级产品气冷凝的水从第三换热器14排出冷凝水，再预热至300°C进入第四级反应器15，得到的天然气进入第三低压废热锅炉16、锅炉给水预热器17和第二水冷却器18将天然气温度降至40°C，最后将天然气送干燥。所述第一级产品气温度为650°C，第二级产品气温度为570°C，第三级产品气温度为400°C，第四级产品气温度为350°C，
所述第一级反应器3入口的合成气的温度为220。C -240。C，第二级反应器8入口的产品气的温度为230°C，第三级反应器12入口的产品气的温度为230°C，第四级反应器15入口的产品气的温度为300°C。第一、二级反应器选用650-700 °C高温镍基催化剂，反应器为专利 ZL200820077575. 3公开的套筒型式反应器，套筒间是流动的入塔冷气，没有耐热衬里，高径比约为1:1. 1。第三、四级反应器选用230-480°C的中温镍基催化剂，反应器为一般固定床， 压力2-5MPa。采用的中温镍基催化剂为专利ZL200810001419. 3所公开的催化剂。得到的天然气中CH4的体积百分含量大于94%、CO浓度小于lOppm、CO2浓度小于 200ppm,H2的体积百分含量小于4. 5%，低热值大于8100kcal/Nm3，可满足国家天然气管线长输要求。实施例2
合格的原料气，H2与CO的体积比为3、温度为45°C、压强为3MPa，总硫浓度小于 0.05ppm。首先进入保护器1，保证硫等有害物不超标。然后原料气进入文丘里增湿器19， 温度为170-200°C，得到220-240°C的合成气进入第一级反应器3进行反应，出来的第一级产品气经高压蒸汽过热器4、第一高压废热锅炉5、第一低压废热锅炉热交换6，产生高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽，同时将第一级产品气冷凝的水从第一换热器7中排出。将温度为 180-190°C的第一级产品气预热至230°C进入第二级反应器8，出来的第二级产品气进入第二高压废热锅炉9、第二低压废热锅炉10热交换生产饱和蒸汽，出来的第二级产品气被冷却至130°C，同时将第二级产品气冷凝的水从第二换热器11中排出。再将第二级产品气预热至300°C进入第四级反应器15，得到的天然气进入第三低压废热锅炉16、锅炉给水预热器17和第二水冷却器18将天然气温度降至40°C，最后将天然气送干燥。所述第一级产品气温度为650°C，第二级产品气温度为570°C，第三级产品气温度为 350 °C,
所述第一级反应器3入口的合成气的温度为220 V -240 V，第二级反应器8入口的产品气的温度为230°C，第四级反应器15入口的产品气的温度为300°C。得到的天然气达到国家天然气标准GB17820-1999。第一、二级反应器选用650-700 °C高温镍基催化剂，反应器为专利 ZL200820077575. 3公开的套筒型式反应器，套筒间是流动的入塔冷气，没有耐热衬里，高径比约为1:1. 1。第三级反应器选用230-480°C的中温镍基催化剂，反应器为一般固定床，压力2-5MPa。采用的中温镍基催化剂为专利ZL200810001419. 3所公开的催化剂。采用饱和塔1或文丘里增湿器，用170 240°C工艺冷凝液逆流喷洒入塔的合成气，使合成气中的水含量足够控制反应器床层温度及防止发生结碳反应。第二、三、四反应器床层的操作温度、合成转化率，都是通过对入塔生成气的冷却温度来控制，一定的冷却温度对应一定的气体的饱和含湿量。每级反应器的入口温度控制是为达到控制催化剂反应活性的目的。本发明不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
权利要求
1.一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于按照以下步骤进行第一步，增湿将原料气通入饱和塔，同时通入热水，控制温度为170-200°C，原料气通过在塔内增湿，得到的合成气；所述原料气包括H2和⑶，温度为35-50°C，压力为2-5MPa，总硫含量小于0. 1-0. 02ppm,所述吐与CO的体积比为3. 0-3. 1 ；第二步，多级催化反应将所述合成气采用多级反应进行合成天然气，每级反应后得到相应的产品气，控制每一级反应器入口气体的水含量，通过水含量控制每一级产品气的温度为320-720°C，同时控制每一级反应器入口的气体温度为220°C -300°C，在每一级反应后先对产品气冷却排出冷凝水，然后再预热以进入下一级反应器，最终得到合成的天然气，所述天然气经过干燥后达到国家天然气标准GB17820-1999 ；所述每一级反应器的内部压力2-5MPa。
2.根据权利要求1所述的一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于所述第二步多级催化反应中，催化反应为3级或4级。
3.根据权利要求1所述的一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于所述一、二级反应器中使用的催化剂为650°C -700°C高温镍基催化剂，三、四级反应器使用230°C -480°C中温镍基催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于所述每级产品气通过废热锅炉产生蒸汽或预热水，充分回收废热。
5.根据权利要求1所述的一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于所述第一级产品气温度为600°C -720°C，第二级产品气温度为500°C _650°C，第三级产品气温度为3800C _480°C，第四级产品气温度为320°C _400°C。
6.根据权利要求1所述的一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于所述第一级反应器入口的合成气的温度为220°C _240°C，第二级反应器入口的产品气的温度为230°C，第三级反应器入口的产品气的温度为230°C，第四级反应器入口的产品气的温度为300°C。
7.根据权利要求3所述的一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于所述四级催化反应合成的天然气经过干燥后，其中CH4的体积百分含量大于94%、CO浓度小于lOppm、CO2浓度小于200ppm、H2的体积百分含量小于4. 5%，低热值大于8100kcal/Nm3。
8.根据权利要求1所述的一种采用煤气合成天然气的方法，其特征在于所述饱和塔由文丘里增湿器代替。
全文摘要
本发明一种采用煤气合成天然气的方法属于合成天然气方法技术领域；所要解决的技术问题为提供了一种采用串联逐级反应，将产生的热量生产高质量蒸汽的天然气合成方法；所采用的技术方案为第一步将原料气通入饱和塔，同时通入热水，控制温度为170-200℃，原料气通过在塔内增湿，得到的合成气；第二步多级催化反应，将所述合成气采用多级反应进行合成天然气，通过水含量控制每一级产品气的温度为320-720℃，同时控制每一级反应器入口的气体温度为220℃-300℃，预热以进入下一级反应器，最终得到合成的天然气；本发明采用饱和塔或文丘里增湿器，使合成气中的水含量能够控制反应器床层温度及防止发生结碳反应。
文档编号C10L3/08GK102559312SQ201210051108
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者刘振峰, 刘金刚, 孟令江, 朱向阳, 朱文坚, 李大尚, 梁杰华, 韩飞 申请人:中国石油和化工勘察设计协会煤化工设计技术中心, 大连凯特利催化工程技术有限公司, 新疆庆华能源集团有限公司