甲烷的合成方法与合成系统技术方案

本申请提供了甲烷的合成方法与合成系统。该合成方法包括：步骤S1，采用煤制气工艺制备含有氢气和一氧化碳的混合气；步骤S2，将混合气中的氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9；步骤S3，在硫化钼作催化剂的条件下，使氢气与一氧化碳反应得到甲烷。该合成方法简单，耗能较少。

【技术实现步骤摘要】
甲烷的合成方法与合成系统
本申请涉及甲烷合成领域，具体而言，涉及一种甲烷的合成方法与合成系统。
技术介绍
随着社会、经济的快速发展，我国天然气需求急剧攀升，在能源结构中的比例迅速增加。而国内天然气和页岩气仍处于勘探开发早期，进口也处于起步阶段，供应能力建设严重滞后，导致天然气供需矛盾日益突出。预计到2020年，需求达2600亿Nm3，届时需求缺口可能达到800亿Nm3，且天然气供应安全问题也将逐渐显现。依据我国富煤少气的资源状况，煤制合成天然气作为一种现代煤化工技术，由于市场需求的巨大缺口，同时也凭借其较高的转化效率和合成天然气便于运输的优势，又重新站上了历史舞台。但是，在新的历史时期，该工艺如何提高系统能效、降低CO2减排能耗等方面，仍然具有很大潜力可以探索。煤气化所产生的煤气中通常含有较多的CO，此种煤气因其热值低和CO有毒性，不适于直接作为城市燃气和联合循环电站的燃料使用；在催化剂存在下，可将CO全部转化为甲烷，这就是合成天然气(SNG)。目前，研究与实践大都是按照反应式进行的，使用含钴或含镍催化剂，在200～350℃下CO催化加氢反应生成甲烷。但是按照反应式(1)反应需要将氢碳比调整到3，使得变换过程消耗的蒸汽量较大，且富集CO2的浓度较低，一般为30％～40％，在分离吸收CO2的过程能耗较多。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种甲烷的合成方法与合成系统，以解决现有技术中的煤气转化为甲烷的过程富集的CO2的浓度较低，分离吸收CO2的过程的能耗较多的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种甲烷的合成方法，该合成方法包括：步骤S1，采用煤制气工艺制备含有氢气和一氧化碳的混合气；步骤S2，将上述混合气中的氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9；步骤S3，在硫化钼作催化剂的条件下，使上述氢气与上述一氧化碳反应得到甲烷。进一步地，上述步骤S2包括：使水蒸气与上述混合气中的上述一氧化碳反应以调整上述氢气和上述一氧化碳的摩尔比。进一步地，在使上述水蒸气与上述一氧化碳反应之前，上述合成方法还包括将上述混合气降温至150～220℃的过程。进一步地，上述将上述混合气降温至150～220℃的过程包括：利用冷媒对上述混合气进行降温，得到压力在8～14MPa之间的高压蒸汽，优选对上述高压蒸汽进行回收利用。进一步地，上述步骤S1中的制备过程的温度在1200℃～1400℃之间，压力在4～6.5MPa之间。进一步地，上述步骤S2中，上述水蒸气与上述一氧化碳的反应温度在210～420℃之间，反应压力在2～6MPa之间。进一步地，上述步骤S3中产生压力在2～6MPa的中压蒸汽，上述合成方法还包括：对上述中压蒸汽进行回收利用的过程。进一步地，上述步骤S3包括：步骤S31，在上述硫化钼的催化作用下，上述氢气与上述一氧化碳反应生成上述甲烷与二氧化碳的混合气体；步骤S32，脱除上述混合气体中的上述二氧化碳。进一步地，上述步骤S31中的反应的温度在210～280℃之间，反应的压力在2.5～6MPa之间。进一步地，上述步骤S32还包括：脱除上述混合气体中的硫化物。根据本申请的另一方面，提供了一种甲烷的合成系统，该合成系统包括：用于提供甲烷合成所需氢气和一氧化碳的煤气化装置；用于调整氢气与一氧化碳的摩尔比的变换反应器，通过第一气体输送管道与上述煤气化装置相连；甲烷化反应器，通过第二气体输送管道与上述变换反应器相连。进一步地，上述合成系统还包括：显热回收装置，与上述煤气化装置连接用于吸收上述一氧化碳与上述氢气的显热和/或与上述甲烷化反应器连接用于吸收上述甲烷化反应器所产生的显热。进一步地，上述合成系统还包括：脱硫脱碳装置，与上述甲烷化反应器通过第三气体输送管道相连接。应用本申请的技术方案，步骤S2中将氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9，不需要将氢气与一氧化碳的摩尔比调整为3:1，在调整氢气与一氧化碳的过程中不需要消耗较多的能源；并且，氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9，使得甲烷的合成反应按照反应式进行，由于该反应式相对于反应式来说，反应生成物中包括CO2，这样能够富集更多的CO2，即浓度较高的CO2，混合气体中的CO2的浓度可以达到50～60％，而采用得到的CO2的浓度仅为30～40％，富集得CO2浓度越高，吸收等量的CO2需要的处理气体的量就少，进而能够降低分离吸收CO2的过程的能耗。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出了本申请一种典型实施例提供的甲烷的合成方法的流程示意图；图2示出了本申请一种典型实施例甲烷的合成系统的结构示意图；以及图3示出了本申请一种实施例甲烷的合成系统的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：1、煤气化装置；2、变换反应器；3、甲烷化反应器；4、显热回收装置；5、脱硫脱碳装置；01、第一气体输送管道；02、第二气体输送管道；03、第三气体输送管道。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中的煤气转化为甲烷的过程富集的CO2的浓度较低，分离吸收CO2的过程的能耗较多的问题，为了解决如上的问题，本申请提出了甲烷的合成方法与合成系统。本申请的一种典型的实施方式中，提出了一种甲烷的合成方法，如图1所示，该方法包括：步骤S1，采用煤制气工艺制备含有氢气和一氧化碳的混合气；步骤S2，将上述混合气中的氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9；以及步骤S3，在硫化钼作催化剂的条件下，使上述氢气与上述一氧化碳反应得到甲烷。采用上述的合成方法，步骤S2中将氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9，不需要将氢气与一氧化碳的摩尔比调整为3:1，在调整氢气与一氧化碳的过程中不需要消耗较多的能源；并且，氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9，使得甲烷的合成反应按照反应式进行，由于该反应式相对于反应式来说，反应生成物中包括CO2，这样能够富集更多的CO2的浓度较高，混合气体中的CO2的浓度可以达到50～60％，而采用得到的CO2的浓度仅为30～40％，富集得CO2浓度越高，吸收等量的CO2需要的处理气体的体积就少，进而能够降低分离吸收CO2的过程的能耗。为了更加高效地将氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9，本申请优选上述步骤S2包括：使水蒸气与上述混合气中的上述一氧化碳反应以调整上述氢气和上述一氧化碳的摩尔比。具体的反应式为本申请的一种实施例中，优选在使上述水蒸气与上述一氧化碳反应之前，上述合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲烷的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括：步骤S1，采用煤制气工艺制备含有氢气和一氧化碳的混合气；步骤S2，将所述混合气中的氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9；以及步骤S3，在硫化钼作催化剂的条件下，使所述氢气与所述一氧化碳反应得到甲烷。

【技术特征摘要】
1.一种甲烷的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括：步骤S1，采用煤制气工艺制备含有氢气和一氧化碳的混合气；步骤S2，将所述混合气中的氢气与一氧化碳的摩尔比调整为0.9～1.1:1.1～0.9；以及步骤S3，在硫化钼作催化剂的条件下，使所述氢气与所述一氧化碳反应得到甲烷。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2包括：使水蒸气与所述混合气中的所述一氧化碳反应以调整所述氢气和所述一氧化碳的摩尔比。3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，在使所述水蒸气与所述一氧化碳反应之前，所述合成方法还包括将所述混合气降温至150～220℃的过程。4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述将所述混合气降温至150～220℃的过程包括：利用冷媒对所述混合气进行降温，得到压力在8～14MPa之间的高压蒸汽，优选对所述高压蒸汽进行回收利用。5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中的制备过程的温度在1200℃～1400℃之间，压力在4～6.5MPa之间。6.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述水蒸气与所述一氧化碳的反应温度在210～420℃之间，反应压力在2～6MPa之间。7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S3中产生压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明华，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华科学技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11