技術領域

本發明涉及以煤或生物質為原料制取合成天然氣(SNG)的化工領域，尤其涉及以煤(coal)或生物質(biomass)為原料制取合成天然氣(substitute/synthetic?natural?gas，SNG)的絕熱甲烷化工藝和裝置(IsothermalMethanation?Process?and?Plant，SIECC/IMP)。?

背景技術

我國能源結構目前的現狀為多煤、少氣、缺油，并且以后也很難以改觀。目前煤碳的利用以直接做燃料為主，利用效率低；并且煤在燃燒過程中，排放大量的廢氣、廢渣等有害物質，污染空氣、水域和土地，還有碳——化工用的煤都是通過鐵路和輪船運輸，運輸負荷重，占據了大量的運輸資源，因此集中建設多套大型的煤或生物質制甲烷氣裝置(單系列400萬方/天SNG)，將含碳原料氣化后，氣體經調質(調整氣體成分)，凈化(脫除甲烷化催化劑有毒雜質)，再經過甲烷化，生產符合我國天然氣管道輸送標準的高熱值清潔合成天然氣SNG勢在必行。?

將煤或生物質制甲烷氣后有利于解決以下問題：?

1)有利于緩解鐵路公路運輸的緊張狀態；?

2)改善城市居民生活環境及城市附近工業區的環境保護；?

3)解決遠離天然氣產地的工礦企業對于清潔燃料的要求；?

4)穩定天然氣供應。?

現階段中華人民共和國國家標準GB17820-1999的天然氣標準如表1：?

表1?

但是目前以煤或生物質為原料制取合成天然氣(SNG)的甲烷化裝置，國外僅有一套工業化裝置在運行，國內還沒有示范裝置、半工業化裝置或工業化裝置運行。而采用國外已有的工業化裝置制得的甲烷氣存在著碳含量高、氫含量高、熱值低、質量差、熱回收效率差及流程復雜等缺點，不符合中華人民共和國國家標準GB17820-1999的天然氣標準，因此現有甲烷化技術不能滿足國內對煤或生物質制取合成天然氣(SNG)大型化裝置建設的要求。有鑒于此，本發明的IMP等溫甲烷化工藝和裝置(Isothermal?Methanation?Processand?Plant)，意在自主開發我國的以煤或生物質制取合成天然氣(SNG)的新型節能環保甲烷化技術，對我國經濟發展及協調利用我國各種能源和節能減排具有特殊的意義。?

合成氣的甲烷化涉及的反應如下：?

甲烷化反應：?

CO+3H₂←→CH₄+H₂O+ΔH?

CO₂+4H₂←→CH₄+2H₂O+ΔH?

一氧化碳變換反應：?

CO+H₂O←→CO₂+H₂+ΔH?

上述反應同時進行。由上述反應式可以看出，甲烷化反應是強放熱反應，高溫下加速反應，低溫下有利于甲烷反應平衡向右移動。?

由于甲烷化是一個氫和碳氧化物氣體(稱為合成氣)反應的催化反應過程，從煤或生物質制得的氣體調質凈化后成為制取SNG的合成氣，含有很高含量的碳氧化物和氫氣，該氣體在催化劑上反應生成甲烷，釋放出大量的熱量，一次通過的絕熱溫升可以達到400～600℃，非常容易造成催化劑的失活和反應器損壞。?

甲烷化制合成天然氣(SNG)的主要問題是控制催化劑的溫升。目前的一些甲烷化工藝，主要差別就是在溫度控制所采用方法的不同上。最常用的方法是氣體循環法，即循環氣體稀釋合成氣，反應熱被大量工藝氣作為顯熱吸收。?

目前甲烷化工藝中還存在如下問題：?

1.現有的甲烷化工藝復雜，甲烷化反應器數量多，換熱設備多；?

2.循環量大，循環能耗高，單套大型化困難；?

3.目前采用高溫氣體循環的甲烷化工藝，循環壓縮機設計制造有難度，運行條件苛刻，投資大；而采用冷氣體循環的甲烷化工藝，高品位熱量回收減少，蒸汽產量降低(飽和或過熱)，熱利用效率下降。?

發明內容