本發明專利技術公開了一種基于地下煤氣化生產天然氣的甲烷化工藝，解決了目前為止尚無基于煤炭地下氣化技術生產天然氣的甲烷化工藝的問題，方法為將原料氣經預熱后分為2股，第1股原料氣與來自第3級反應器的部分合成氣一起進入第1級反應器進行甲烷化反應；第2股原料氣與出第1級反應器的合成氣一起進入第2級反應器進行甲烷化反應；出第2級反應器經降溫之后的合成氣進入第3級反應器進一步甲烷化反應；出第3級反應器的合成氣部分降溫后循環至第1級反應器，其余部分合成氣經降溫后進入第4級反應器進行進一步甲烷化反應，出第4級反應器的氣體經冷卻降溫分離冷凝液之后得到合成天然氣。本發明專利技術工藝簡單、循環氣量小，熱回收率高，甲烷化操作溫度范圍寬、能耗低、對環境友好，生產出的天然氣滿足國家標準（GB17820-2012）的要求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種甲烷化工藝，具體的說是一種基于地下煤氣化生產天然氣的甲烷 化工藝。
技術介紹
煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用及化 學作用而產生可燃氣體的過程。該技術與傳統上的氣化最大的不同在于利用地下氣化爐的 氣化通道替代了傳統的氣化爐。從而很大程度上降低了設備的投資。與傳統的方法相比， 煤炭地下氣化省去了龐大的煤炭開采、運輸、洗選、氣化等工藝的設備，具有安全性好、投資 少、效益聞等優點。隨著我國天然氣消費量的不斷增加，天然氣供需缺口逐年擴大。為解決國內天然 氣的缺口問題，擴大天氣然供給，近年來國內開展了多個煤制天然氣項目的建設，即以煤為 原料通過甲烷化合成生產天然氣。煤氣化裝置生產的粗煤氣經C0變換、酸性氣體脫除后得 到凈化氣，凈化氣再經甲烷化反應及干燥后得到滿足國家相關標準天然氣。其中甲烷化技 術均是采用國外技術，國外甲烷化技術的工藝商主要有丹麥的托普索公司、英國的戴維公 司及德國的魯奇公司。國內外甲烷化工藝的開發主要基于地面氣化制天然氣、焦爐氣制天然氣的甲烷化 工藝。由于典型的焦爐氣中CH4高達25%以上，(H2-C02)/(C0+C02)遠大于3. 0。焦爐氣制 天然氣的甲烷化工藝反應深度淺，溫升低，工藝較為簡單。如專利CN102021054A公開的一 種焦爐氣制天然氣的甲烷化工藝?；诘孛婷簹饣a天然氣的甲烷化工藝則通常通過補入水蒸氣、C02或合成氣 循環的方式控制反應溫度。專利CN12329671公布了一種合成天然氣的甲烷化工藝。該工 藝通過將原料氣分成三股分別與循環氣、第1級甲烷反應合成氣、第2級甲烷反應合成氣混 合進入第1級甲烷化反應器、第2級甲烷化反應器和第3級甲烷化反應器。前三級甲烷化 入口溫度控制25(T300°C，出口溫度控制在65(T700°C，通過5級以上的甲烷化反應合成符 合國家天然氣標準的合成天然氣。該方案原料氣分三股進料，工藝控制復雜，設置了三級高 溫甲烷化反應器，操作溫度高達650°C，需要對設備進行特殊設計，造成設備制造成本的提 聞。專利CN101560134A公布的甲烷化工藝通過補入C02或水蒸氣的方式控制甲烷化 反應溫度，這兩種方法可以省去循環氣壓縮機。但是明顯降低了系統的能效。補入的水蒸 氣在反應過程中通過循環水被冷卻分離出來，增加了循環水的用量，給系統帶來了冷熱病 的問題，降低了系統能效。補入的0)2在甲烷化反應結束之后還需要另外設置脫碳系統以 滿足天然氣中co2及熱值的要求，增加了后續系統的投資。另外，由于煤炭地下氣化技術生產的粗煤氣具有與普通粗煤氣不同的特點，如甲 烷濃度通常在2. (T5. 0%體積百分數，這個數值低于焦爐氣及Lugri氣化生產的粗煤氣中 甲烷的濃度，但是高于干粉煤氣化的粗煤氣中甲烷的濃度。而甲烷的含量對甲烷化工藝技術具有很大的影響，因此不適用現有的常規甲烷化工藝，或造成反應深度過深，導致操作溫 度過高，增加設備投資；或反應深度過淺，導致生產的天然氣不合格，即不符合滿足國家標 準(GB17820-2012)。又如地下煤氣化出口粗煤氣壓力較低，通常低于0. 15MPaA (A表示絕 壓)，這個壓力遠低于現有的甲烷化工藝的粗煤氣壓力，這種低壓下如何保證系統的正常運 行的情況下，盡可能的降低能耗也是技術人員需要解決的技術問題。目前，對于基于煤炭地下氣化技術生產天然氣的甲烷化工藝尚未見報導。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決上述技術問題，提供一種工藝簡單、循環氣量小，熱回收 率高，甲烷化操作溫度范圍寬、能耗低、對環境友好的基于地下煤氣化生產天然氣的甲烷化 工藝，生產出的天然氣滿足國家標準(GB17820-2012)的要求。技術方案為將原料氣預熱后分為2股，第1股原料氣與來自第3級反應器的部 分合成氣一起進入第1級反應器進行甲烷化反應，第2股原料氣與出第1級反應器的合成 氣一起進入第2級反應器進行甲烷化反應；出第2級反應器經降溫之后的合成氣進入第3 級反應器進一步甲烷化反應；出第3級反應器的合成氣部分降溫后循環至第1級反應器，其 余部分合成氣經降溫后進入第4級反應器進行進一步甲烷化反應，出第4級反應器的氣體 經冷卻降溫分離冷凝液之后得到合成天然氣。所述原料氣由地下煤氣體生產得到粗煤氣經凈化預處理、壓縮、脫苯脫萘、C0變 換、脫硫脫碳處理后得到。原料氣的預處理方法為現有技術，本領域技術人員可根原料氣的 組成要求合理控制。所述原料氣組成為(H2-C02)/(C0+C02) =2 . 90 3. 10，總硫低于0. lppm (mol)。可通 過預處理方法中的C0變換來調節原料氣組成的比值。第1級反應器入口溫度控制在28(T350°C，出口溫度控制在60(T65(TC ;第2級反應 器的入口溫度控制在25(T350°C，出口溫度控制在60(T65(TC ;第3級反應器的入口溫度控 制在25(T280°C，出口溫度控制在45(T490°C ’第4級反應器的入口溫度控制在22(T250°C， 出口溫度控制在32(T370°C。出所述第1級反應器的合成氣換熱降溫至29(T350°C后再與第2股原料氣一起送 入第2級反應器；出所述第2級反應器的合成氣換熱降溫至25(T280°C，再與第3級反應器 循環而來的部分合成氣繼續換熱降溫至13(T17(TC后循環至第1級反應器。出所述第3級反應器的部分合成氣換熱降溫至13(T17(TC分離出冷凝液，再經循 環氣壓縮機增加至2. (T3. OMPag(表壓)，最后再與出第2反應器的合成氣換熱至32(T390°C 后送入第1反應器，出所述第3級反應器的其余部分合成氣換熱降溫至22(T250°C后送入第 4級反應器。原料氣中進第1級反應器的第1股原料氣的量占總原料氣量的40 65% mol。出第3級反應器的合成氣中3(T60% mol的合成氣用于循環至第1反應器。所述系統的操作壓力為1. 5^8. OMPag (g表示表壓)，優選2. 0^3. OMPag (表壓)，從 而與地下煤氣化生產的粗煤氣的出口壓力匹配，以降低系統的能耗。出所述第4級反應器的氣體換熱降溫后再送入第5級反應器進行甲烷化反應，出 第5級反應器的氣體再經換熱降溫脫水之后得到合成天然氣，所述第5級反應器的入口溫度控制在20(T220°C，出口溫度控制在23(T250°C。出所述第1級反應器和第2級反應器的合成氣的反應熱可副產中壓或高壓蒸汽； 出第3級反應器的合成氣反應熱根據溫度的等級分別被用來預熱原料氣，預熱鍋爐給水和 除鹽水，出第4級、第5級反應器余熱根據溫度的等級分別用來預熱鍋爐給水和除鹽水。如 出第1級和第2級的合成氣流量最大，溫度最高，因此用來副產中/高壓蒸汽。出第3級反 應器的合成氣可先被用來預熱原料氣，之后自身被降溫至330°C左右，這個時候高溫余熱已 經很少了，如果用來副產蒸汽的話投資會太高，經濟上不合理，因此這些余熱用來預熱鍋爐 給水較為合適。經預熱鍋爐給水后，反應余熱溫度只有160°C左右，用來預熱除鹽水較為合 適。出第3級反應器的部分合成氣(又稱循環氣)進循環氣壓縮機之前被降溫至 13(T17(TC，在滿足控制第1級甲烷化反應溫度的同時，還通過控制循環氣的溫度及流量達 到降低循環氣壓本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于地下煤氣化生產天然氣的甲烷化工藝，其特征在于，將原料氣先經過預熱，再分為2股，第1股原料氣與來自第3級反應器的部分合成氣一起進入第1級反應器進行甲烷化反應；第2股原料氣與出第1級反應器的合成氣一起進入第2級反應器進行甲烷化反應；出第2級反應器經降溫之后的合成氣進入第3級反應器進一步甲烷化反應；出第3級反應器的合成氣部分降溫后循環至第1級反應器，其余部分合成氣經降溫后進入第4級反應器進行進一步甲烷化反應，出第4級反應器的氣體經冷卻降溫分離冷凝液之后得到合成天然氣。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：晏雙華，盧文新，雙建永，嚴義剛，王志峰，李繁榮，夏炎華，胡四斌，徐建民，皮金林，夏吳，
申請(專利權)人：中國五環工程有限公司，
類型：發明
國別省市：
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