一种天然气转化生产合成气的方法技术

本发明专利技术公开了一种天然气转化生产合成气的方法，该方法包括如下步骤：1)天然气与第一水蒸气混合后形成第一混合气；2)将第一混合气送入一段转化炉中反应生成一段转化气；3)一段转化气与天然气混合后在二段转化炉中反应生成二段转化气；4)通过回收装置回收二段转化气的热量以用于再生产水蒸汽。利用本发明专利技术的方法生产的合成气降低合成气中氮气的含量，提高了一氧化碳的含量。由于具有合格的氢碳比，因此特别适合作为生产乙二醇的原料气。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合成气的生产方法，具体涉及。
技术介绍
天然气(Natural Gas)是埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的可燃气，是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。天然气其主要成分为甲烷，热值为8500大卡/米，是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。天然气又称绿色能源，其二氧化硫、粉尘的排放量接近为零，二氧化碳的排放量也很低，几乎没有污染。加之天然气洁净，使用方便，用途广泛，因此天然气的开发利用是世界能源发展的重要方向，世界天然气能源时代正在向我们走来。目前，各种天然气化工利用的新工艺和工业化过程的开发成为研究的热点领域。天然气化工在工业生产中的地位正逐渐得到加强。天然气的化工利用，可分为两条途径:一条是直接转化法，如甲烷氧化偶联制乙烯，选择氧化制甲醇和甲醛；另一条是间接转化，即先将天然气转化为合成气，合成气作为重要的化工原料，在工业上用途广泛，可用于合成液体燃料、甲醇和化肥等一系列重要的化学产品。合成气，是以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气等转化而得。按合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨原料气、甲醇合成气(见甲醇)等。合成气的原料范围极广，生产方法甚多，用途不一，组成(体积％)有很大差别。第二次世界大战前，合成气主要是以煤为原料生产的；战后，主要采用含氢更高的液态烃(石油加工馏分)或气态烃(天然气)作原料。70年代以来，煤气化法又受到重视，新技术及各种新的大型装置相继出现，显示出煤在合成气原料中的比重今后将有可能增长。但目前仍主要以天然气为原料生产合成气，包括天然气蒸汽转化法和天然气部分氧化法。天然气蒸汽转化是以天然气为原料，与水蒸气反应制取合成气。1915年，A.米塔斯和C.施奈德用蒸汽和以甲烷为主的天然气，在镍催化剂上反应获得了氢。1928年，美国标准油公司首先设计了一台小型蒸汽转化炉生产出氢气。第二次世界大战期间，开始用此法生产合成氨原料气。然而，现在该工艺由于碳氢比偏高而难以满足合成甲醇、液体燃料和二甲醚产品的要求，且能耗较大、设备投资大，天然气耗费也大，因此难以实现大规模工业应用。出于这种考虑，本专利技术的专利技术人进行了深入研究，目的是解决相关领域现有技术所暴露出来的问题，希望提供一种环保、节能和安全的天然气转化生产合成气方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人通过大量试验和创造性劳动发现，在合成气制备过程中，天然气经两段转化及废热回收，不仅可以充分、合理地利用不同部位的余热加热所需的水蒸气，以达到余热回收的目的，而且还能够有效降低设备的能耗，节约能源，减轻了装置的负荷。因此，本专利技术的目的是提供，其包括如下步骤:I)天然气与第一水蒸气混合后形成第一混合气；2)将第一混合气送入一段转化炉中反应生成一段转化气；3) 一段转化气与天然气混合后在二段转化炉中反应生成二段转化气；4)通过回收装置回收二段转化气的热量以用于再生产水蒸汽。在本专利技术的方法中，一段转化炉的作用是将原料气与第一水蒸汽发生转化反应。在一段转化炉中发生的反应可能有:CH4+H20 = C0+3H2；CH4+2H20 = C02+3H2；C0+H20 =C02+H2 o在本专利技术的方法中，所述一段转化炉具有耐高温、体积小、提高催化剂活性、利于转化反应特点，可以提高催化剂活性，有利于转化反应的进行果。根据本专利技术的一个具体实施例，一段转化炉中反应温度可以为500?530°C，压力可以为2.8?3.2MPa ;优选温度可以为510?520°C，压力为2.9?3.0MPa0由此可以进一步解决甲烷在一段炉出口含量小于10%的技术问题。在本专利技术的方法中，二段转化炉的作用是将一段炉气体中的甲烷进一步转化。在二段转化炉中发生的反应可能有:2H2+02= 2H 20 ；CH4+H20 = C0+3H2；CH 4+2H20 = C02+3H2。在本专利技术的方法中，所述二段转化炉具有不需要外部供热、在炉内反应放热，使转化反应自热进行特点，带来了固定床绝热式反应技术效果。根据本专利技术的一个具体实施例，所述二段转化炉中的反应温度可以为1100?1400°C，压力可以约为2.5?3.5MPa ;优选温度可以为1200?1350°C，压力可以为3.0?3.5MPa。由此可以有效控制甲烷在二段转化炉中的转化反应。根据本专利技术的一个具体实施例，所述第一混合气与第二混合气同时送入一段转化炉中进行反应；其中，所述第二混合气包括第二水蒸气、二氧化碳和氧气。根据本专利技术的一个具体实施例，所述第二混合气中的第二水蒸气、二氧化碳及氧气的体积比为1: (0.5?0.9): (1.2?1.8)，优选1: (0.7?0.8): (1.4?1.6)，更优选1: (0.72 ?0.78): (1.45 ?1.55)，最优选 1:0.75:1.5。本专利技术的方法通过在一段转化过程中将氧气、二氧化碳、水蒸气三者按照比例混合后形成的第二混合气替代现有技术中常用的原空气和/或纯氧气，调节碳氢比，不仅显著降低了合成气中氮气的含量，而且还进一步提高了一氧化碳的含量，使得所生产的合成气特别适合用于作为生产乙二醇的原料气。根据本专利技术的一个具体实施例，所述第二混合气的制备步骤如下:首先将二氧化碳进行换热处理，然后将其与第二水蒸气混合以得到第三混合气，最后将第三混合气与氧气混合后得到所述第二混合气。根据本专利技术的一个具体实施例，所述第三混合气中二氧化碳与第二水蒸气的摩尔比为1: (I?5)，优选1: (2?4)，更优选1: (2.5?3.5)，最优选1:3。在本专利技术的方法中，二氧化碳可以在一个换热器中与第二蒸汽进行换热，然后再与第二蒸汽在一个混合器中进行混合，通过仪表连锁方法进行碳氢比调节，碳氢比合格的第三混合气经过一个过滤器过滤杂质后与来自大空分的纯氧在一个混合器中进行混合，混合后的二氧化碳、第二水蒸气和氧气所构成的第二混合气被送至一段炉的预热段进行反应。本专利技术的方法需要严格控制第三混合气中的碳氢比，由此可以降低一段转化炉中甲烷的生成量，提高一氧化碳的含量。本专利技术的方法用氧气、二氧化碳和水蒸气三者按照一定比例混合得到的第二混合气与第一混合气同时在一段转化炉中进行反应，能够降低合成气在二段炉中的反应温度，降低了工艺所需的热量，同时减少设置队分离装置，节省装置投资。根据本专利技术的一个具体实施例，，所述第一混合气中第一水蒸气与天然气的体积比为(I?5):1，优选(1.2?3.5):1。在本专利技术的方法中，天然气可以首先依次进入加氢转化器和脱硫槽，脱除天然气中的硫化氢及有机硫。脱硫后的天然气配入第一水蒸汽后形成第一混合气。之所以要限定第一混合气中的天然气与第一水蒸气的比例，原因在于天然气与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气。当第一水蒸气与天然气的比例为I?5:1，优选1.2?3.5:1时，可以在一段转化炉中实现最优反应，催化剂的活性可以达到最高效果。根据本专利技术的一个具体实施例，按照体积百分比计算，所述一段转化气包括:4.5?5.5%的一氧化碳、25?30%的氢气、6.5?7.0%的甲烷以及15?17%的二氧化碳。 根据本专利技术的一个具体实施例，所述二段转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气转化生产合成气的方法，其包括如下步骤：1)天然气与第一水蒸气混合后形成第一混合气；2)将第一混合气送入一段转化炉中反应生成一段转化气；3)一段转化气与天然气混合后在二段转化炉中反应生成二段转化气；4)通过回收装置回收二段转化气的热量以用于再生产水蒸汽。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍延，骆瑞平，张红才，李桂萍，刘飞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司湖北化肥分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11