專利名稱：一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝的制作方法
一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于焦?fàn)t氣的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然 氣的新工藝。
背景技術(shù)：
我國(guó)焦炭年生產(chǎn)能力達(dá)3.6億噸，2008年生產(chǎn)焦炭3.M億噸，2009年生產(chǎn)焦炭達(dá) 3.45億噸，其中三分之一的生產(chǎn)能力在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，三分之二在獨(dú)立的焦化企業(yè)。按 每噸焦炭副產(chǎn)約400m3焦?fàn)t煤氣計(jì)算，獨(dú)立企業(yè)每年副產(chǎn)煤氣量在1000億m3以上，除自 用、民用及商用燃料外，每年放散的焦?fàn)t煤氣超過200億m3。以焦?fàn)t氣甲烷化制合成天 然氣具有變廢為寶的作用。
焦?fàn)t氣的典型組成如下表名稱CH4N2CO2COH2C2H6焦?fàn)t氣(mol%)26.94.12.17.257.62.1其中H2與CO、CO2反應(yīng)的化學(xué)方程式為 CO + 3H2 = CH4 + H2O -206.2KJ 及 CO2 + 4H2 = CH4 + 2H20-165.0KJ反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生很大的溫度，目前主要的甲烷化工藝流程均在甲烷化反 應(yīng)器后多級(jí)換熱，熱回收率低，如 (1) CRG雙甲烷化工藝 工藝流程如圖1，將石腦油或液化石油氣經(jīng)凈化預(yù)熱在循環(huán)氣參與的情況下，進(jìn)入兩 級(jí)甲烷化反應(yīng)器，整個(gè)反應(yīng)是低放熱反應(yīng)，反應(yīng)是在較低的溫度和汽-料比的條件下進(jìn) 行的，可得到含甲烷98%以上的合成天然氣，反應(yīng)需要多級(jí)換熱。
(2) Lurgi煤制代用天然氣工藝工藝流程如圖2所示，原料煤經(jīng)氣化及CO變換調(diào)節(jié)H2/CO比后進(jìn)入甲烷化工序。 為調(diào)節(jié)甲烷化爐的溫度，采用產(chǎn)品氣部分循環(huán)的方法，使進(jìn)入甲烷化爐的原料氣中CO含 量控制在4.3%左右，甲烷化爐的最高溫度保持在450°C以下，反應(yīng)經(jīng)過多級(jí)換熱。
(3) ICI 一次通過甲烷化工藝ICI公司通過開發(fā)耐高溫的甲烷化催化劑，采用氣體一次通過甲烷化工藝，如圖3所 示。去掉氣體循環(huán)，簡(jiǎn)化了工藝流程，使第一甲烷化爐在近750°C高溫條件下進(jìn)行操作， 使得每一級(jí)反應(yīng)器后都要換熱。
如果生成的熱氣體，繼續(xù)作為熱源加熱合適比例的原料氣及循環(huán)氣，并在最后 一個(gè)反應(yīng)器后進(jìn)行集中換熱，勢(shì)必節(jié)約設(shè)備的投資以及減少能量的損失，提高熱量的利 用率。并得到熱值高的主要含CH4、H2和N2的氣體混合物，再通過分離技術(shù)可得到符 合天然氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17820 1999的合成天然氣。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)以上技術(shù)問題，提供可有效地控制反應(yīng)入口的溫度以及CO和CO2的濃度，獲得熱值高的合成天然氣，使反應(yīng)生成的熱量更高效的利用，減小了循環(huán) 量，并有利于保護(hù)環(huán)境，開發(fā)新能源的一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，經(jīng)循環(huán)氣稀釋的焦?fàn)t氣經(jīng)過甲烷化 反應(yīng)器床層后，配入焦?fàn)t氣和循環(huán)氣，送入甲烷化反應(yīng)器，使各級(jí)甲烷化反應(yīng)器入口的 氣體組成中C0+C02<7%，各級(jí)甲烷化反應(yīng)器入口溫度控制在220°C 400°C，并在最后 一級(jí)反應(yīng)器通過換熱器換熱。
所述的配入焦?fàn)t氣和循環(huán)氣的甲烷化反應(yīng)器為二級(jí)或多級(jí)，作為優(yōu)選，甲烷化 反應(yīng)器選用2—7級(jí)。
所述的焦?fàn)t氣和循環(huán)氣混合后進(jìn)入一級(jí)甲烷化反應(yīng)器，使入口氣體組成中 C0+C02 < 7%,入口溫度控制在220°C 400°C，作為優(yōu)選225°C 300°C。
在一級(jí)甲烷化反應(yīng)器后，配入循環(huán)氣和焦?fàn)t氣，并和反應(yīng)氣混合，使入口氣體 組成中C0+C02 < 7%,入口溫度控制在220°C 400°C，優(yōu)選225°C 300°C。
進(jìn)入二級(jí)或多級(jí)的循環(huán)氣經(jīng)過或不經(jīng)過預(yù)熱；甲烷化反應(yīng)器可為二級(jí)，也可為 多級(jí)，在最后一級(jí)反應(yīng)器后進(jìn)行集中換熱。
一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，經(jīng)循環(huán)氣稀釋的焦?fàn)t氣經(jīng)過甲 烷化反應(yīng)器床層后，配入一定比例的焦?fàn)t氣和循環(huán)氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，使進(jìn)入各級(jí)甲 烷化反應(yīng)器入口的氣體組成中C0+C02 < 7%。
本工藝充分利用了反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量，有效的控制了原料氣中C0+C02濃 度，氣體循環(huán)量小，并有效的控制了甲烷化反應(yīng)器的出口氣體溫度，有利于甲烷化反 應(yīng)，以及反應(yīng)器材質(zhì)的選擇，減少了換熱器數(shù)量，提高了換熱效率。
本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在開創(chuàng)了焦?fàn)t氣工業(yè)排放氣回收利用新方法，保護(hù)了 環(huán)境，節(jié)省了能源。在技術(shù)上，本發(fā)明的甲烷化反應(yīng)工藝，可使該工藝換熱器的數(shù)量銳 減，充分利用反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量；其次能很好的控制進(jìn)入各級(jí)甲烷化反應(yīng)器的原料氣組 成；同時(shí)，有效的控制了甲烷化反應(yīng)器出口氣體的溫度。有利于反應(yīng)器材質(zhì)的選擇，循 環(huán)氣量減小，降低了能耗，從而降低成本。


圖1為本發(fā)明中背景技術(shù)中CRG雙甲烷化的工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明中背景技術(shù)中Lurgi煤制代用天然氣的工藝流程圖。
圖3為本發(fā)明中背景技術(shù)中ICI公司的甲烷化的工藝流程圖。
圖4為本發(fā)明中實(shí)施例1的利用焦?fàn)t氣合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝流程圖。
圖5為本發(fā)明中實(shí)施例2的利用焦?fàn)t氣合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝流程圖。
圖6為本發(fā)明中實(shí)施例3的利用焦?fàn)t氣合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝流程圖。
圖7為本發(fā)明中實(shí)施例4的利用焦?fàn)t氣合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝流程圖。
其中Rl——甲烷化反應(yīng)器一、R2——甲烷化反應(yīng)器二、R3——甲烷化反應(yīng)器 三、R4——甲烷化反應(yīng)器四、R5——甲烷化反應(yīng)器五、El——換熱器一、Bl——換熱器 二、E2——換熱器三、P——壓縮機(jī)。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實(shí) 施例。
實(shí)施例一如圖 4 所示焦?fàn)t氣組成(vol%)為H2 57.6,CH4 26.9,CO 7.2,CO2 2.1,N2 4.1,C2H6 2.1，凈化后的原料氣量為1000 kmol/h (22400 Nm7h)。
將404 kmol/h(9049.6 Nm7h)焦?fàn)t氣通入甲烷化反應(yīng)器一 Rl，循環(huán)比為2.1，此 時(shí)C0+C02的濃度為3.0%，入口溫度為^0°C，反應(yīng)器出口溫度為456°C，通過甲烷化反 應(yīng)器一 Rl之后，出口氣與848.4 kmol/h (19004.2 Nm3/h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)參與反應(yīng)的 C0+C02的濃度為3.4%，通入甲烷化反應(yīng)器二 R2的入口溫度為300°C左右，反應(yīng)氣出來 后用換熱器一 E1、換熱器二 Bi、換熱器三E2進(jìn)行集中換熱，另外一部分經(jīng)過壓縮機(jī)P 預(yù)熱一定溫度使其與Rl入口的焦?fàn)t氣混合后溫度為280°C，其余部分作為產(chǎn)品氣輸出。
實(shí)施例二 本實(shí)施例利用焦?fàn)t氣合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝如圖5所示 凈化后的焦?fàn)t氣組成(vol%)為H2 57.6,CH口6.9,CO 7.2,CO2 2.1,N2 4.1,C2H6 2.1。 凈化后的原料氣量為1000 kmol/h (22400 Nm3/h)。
將208.33 kmol/h(4446.60 Nm3/h)焦?fàn)t氣通入甲烷化反應(yīng)器一 R1，循環(huán)比為 1.325，此時(shí)C0+C02&濃度為4.0%，入口溫度為250°C反應(yīng)器出口溫度為485°C，通過甲 烷化反應(yīng)器一 Rl之后，出口氣與64.58 kmol/h(1446.60 Nm7h)的循環(huán)氣、343.75 kmol/ h(7730.98 Nm3/h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)參與反應(yīng)的C0+C02的濃度為4%，通入甲烷化 反應(yīng)器二 R2的入口溫度為250°C左右，反應(yīng)器出口溫度約為485°C，通過甲烷化反應(yīng)器 二 R2 后的出 口氣與 288.12 kmol/h(6453.89 Nm3/h)的循環(huán)氣、447.92 kmol/h(10033.41 Nm3/h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲烷化反應(yīng)器三R3的入口溫度為250°C左右，參與反 應(yīng)的C0+C02的濃度為3%，反應(yīng)氣出來后用換熱器一 E1、換熱器二 Bi、換熱器三E2進(jìn) 行集中換熱，并使其中一部分氣作為循環(huán)氣一部分直接進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器二 R2和甲烷化 反應(yīng)器三R3，另外一部分經(jīng)過壓縮機(jī)P預(yù)熱一定溫度使其與甲烷化反應(yīng)器一 Rl入口的焦 爐氣混合后溫度為250°C，其余部分作為產(chǎn)品氣輸出。
實(shí)施例三本實(shí)施例利用焦?fàn)t氣合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝如圖6所示 凈化后的焦?fàn)t氣組成(vol%)為H2 57.6，CH4 26.9, CO 7.2，CO2 2.1，N2 4.1， C2H6 2.1。凈化后的原料氣量為 1000 kmol/h (22400 Nm3/h)。
將135.87 kmol/h(3043.49 Nm3/h)焦?fàn)t氣通入甲烷化反應(yīng)器一 R1，循環(huán)比為 1.657，此時(shí)C0+C02的濃度為3.5%，入口溫度為280°C反應(yīng)器出口溫度為485°C，通過 甲烷化反應(yīng)器一 Rl之后，出口氣與38.72 kmol/h (867.33 Nm7h)的循環(huán)氣、201.09kmol/ h(4504.42Nm3/h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲烷化反應(yīng)器二 R2的入口溫度為280°C左 右，參與反應(yīng)的C0+C02的濃度為3.5%，反應(yīng)器出口溫度約為485°C，通過甲烷化反應(yīng) 器二R2 后的出 口氣與 60.33 kmol/h (1351.39 Nm3/h)的循環(huán)氣、312.50 kmol/h (7000 Nm3/h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲烷化反應(yīng)器三R3的入口溫度為280°C左右，參與反應(yīng)的 C0+C02&濃度為3.5%，反應(yīng)器出口溫度約為485°C，通過R3后的出口氣與259.51 kmol/ h(5813.02 NmVh)的循環(huán)氣、350.54 kmol/h(7582.10 Nm7h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲 烷化反應(yīng)器四R4的入口溫度為280°C左右，參與反應(yīng)的C0+C02的濃度為2.5%，反應(yīng) 氣出來后用換熱器一 E1、換熱器二 Bi、換熱器三E2進(jìn)行集中換熱，并使其中一部分氣 作為循環(huán)氣一部分直接進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器二 R2、甲烷化反應(yīng)器三R3和甲烷化反應(yīng)器四 R4，另外一部分經(jīng)過壓縮機(jī)P預(yù)熱一定溫度使其與甲烷化反應(yīng)器一 Rl入口的焦?fàn)t氣混合 后溫度為觀01，其余部分作為產(chǎn)品氣輸出。
實(shí)施例四本實(shí)施例利用焦?fàn)t氣合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝如圖7所示凈化后的焦?fàn)t氣組成(vol%)為H2 57.6，CH4 26.9, CO 7.2，CO2 2.1，N2 4.1， C2H6 2.1。凈化后的原料氣量為 1000 kmol/h (22400 Nm3/h)。
將62.62 kmol/h(1042.69 Nm7h)焦?fàn)t氣通入甲烷化反應(yīng)器一 R1，循環(huán)比為 1.657，此時(shí)C0+C02的濃度為3.5%，入口溫度為^(TC反應(yīng)器出口溫度為485°C，通過 甲烷化反應(yīng)器一 Rl之后，出口氣與22力4 kmol/h(504.90 Nm7h)的循環(huán)氣、120.85 kmol/ h(2707.04 NmVh)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲烷化反應(yīng)器R2的入口溫度為250°C左右， 參與反應(yīng)的C0+C02的濃度為4.0%，反應(yīng)器出口溫度約為485°C，通過甲烷化反應(yīng)器二 R2 后的出 口氣與 38.77 kmol/h(868.45 Nm3/h)的循環(huán)氣、207.86 kmol/h(4656.06 Nm3/ h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲烷化反應(yīng)器甲烷化反應(yīng)器三R3的入口溫度為250°C左右， 參與反應(yīng)的C0+C02的濃度為4.0%，反應(yīng)器出口溫度約為485°C，通過甲烷化反應(yīng)器三 R3 后的出 口氣與 66.68 kmol/h(1493.63 Nm3/h)的循環(huán)氣、357.53 kmol/h(8008.67 Nm3/ h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲烷化反應(yīng)器四R4的入口溫度為250°C左右，參與反應(yīng)的 C0+C02的濃度為4.0%，通過甲烷化反應(yīng)器四R4后的出口氣與339.25 kmol/h(7599.20 NmVh)的循環(huán)氣、251.15kmol/h(5625.76 Nm7h)的焦?fàn)t氣混合，此時(shí)通入甲烷化反應(yīng) 器五R5的入口溫度為280°C左右，參與反應(yīng)的C0+C02的濃度為2.5%，反應(yīng)氣出來后 用換熱器一 R1、換熱器二 Bl和換熱器三E2進(jìn)行集中換熱，并使其中一部分氣作為循環(huán) 氣一部分直接進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器二 R2、甲烷化反應(yīng)器三R3和甲烷化反應(yīng)器四R4，另外 一部分經(jīng)過壓縮機(jī)P預(yù)熱一定溫度使其與甲烷化反應(yīng)器一 Rl入口的焦?fàn)t氣混合后溫度為 280其余部分作為產(chǎn)品氣輸出。
權(quán)利要求
1.一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，其特征在于經(jīng)循環(huán)氣稀釋的焦 爐氣經(jīng)過甲烷化反應(yīng)器床層后，配入焦?fàn)t氣和循環(huán)氣，送入甲烷化反應(yīng)器，使各級(jí)甲烷 化反應(yīng)器入口的氣體組成中C0+C02 < 7%，各級(jí)甲烷化反應(yīng)器入口溫度控制在220°C 400并在最后一級(jí)反應(yīng)器通過換熱器換熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，其特征在于 所述的配入焦?fàn)t氣和循環(huán)氣的甲烷化反應(yīng)器為二級(jí)或多級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，其特征在于 所述的焦?fàn)t氣和循環(huán)氣混合后進(jìn)入一級(jí)甲烷化反應(yīng)器，使甲烷化反應(yīng)器入口氣體組成中 C0+C02 < 7%,甲烷化反應(yīng)器入口溫度控制在220°C 400°C，作為優(yōu)選225°C 300°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，其特征在于 在一級(jí)甲烷化反應(yīng)器后，配入循環(huán)氣和焦?fàn)t氣，并和反應(yīng)氣混合，使甲烷化反應(yīng)器入口 氣體組成中C0+C02 < 7%,入口溫度控制在220°C 400°C，優(yōu)選225°C 300°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，其特征在于 進(jìn)入二級(jí)或多級(jí)的循環(huán)氣經(jīng)過或不經(jīng)過預(yù)熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，其特征在于 在最后一級(jí)反應(yīng)器后進(jìn)行集中換熱。
全文摘要
本發(fā)明屬于焦?fàn)t氣的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種利用焦?fàn)t氣甲烷化制合成天然氣的新工藝，經(jīng)循環(huán)氣稀釋的焦?fàn)t氣經(jīng)過甲烷化反應(yīng)器床層后，配入一定比例的焦?fàn)t氣和循環(huán)氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，各級(jí)甲烷化反應(yīng)器入口的氣體組成CO+CO2＜7%，各級(jí)甲烷化反應(yīng)器入口溫度控制在220℃～400℃，并在最后一級(jí)反應(yīng)器通過換熱器換熱。采用本工藝可保護(hù)環(huán)境，節(jié)省能源，在技術(shù)上，本發(fā)明的甲烷化反應(yīng)工藝，可使該工藝換熱器的數(shù)量銳減，充分利用反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量；其次能很好的控制進(jìn)入各級(jí)甲烷化反應(yīng)器的原料氣組成；同時(shí)，有效的控制了甲烷化反應(yīng)器出口氣體的溫度。有利于反應(yīng)器材質(zhì)的選擇，循環(huán)氣量減小，降低了能耗，從而降低成本。
文檔編號(hào)C10L3/08GK102021054SQ20101060007
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者劉玉成, 張新波, 李澤軍, 王大軍, 郭雄 申請(qǐng)人:西南化工研究設(shè)計(jì)院