利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，屬于焦?fàn)t煤氣綜合利用領(lǐng)域。首先將焦?fàn)t煤氣經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，除去大部分的硫、焦油、苯和萘；經(jīng)預(yù)處理后的焦?fàn)t煤氣與水蒸氣混合進(jìn)入耐硫變換系統(tǒng)，經(jīng)過低溫耐硫變換，焦?fàn)t煤氣中大部分的CO轉(zhuǎn)化為H2，同時焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫大一部分被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫；經(jīng)變換后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過變壓吸附系統(tǒng)或膜分離，分離出純氫氣產(chǎn)品、粗甲烷氣及解吸廢氣；經(jīng)變壓吸附后得到的粗甲烷氣經(jīng)過凈化系統(tǒng)，脫除酸性氣體及有機(jī)硫，得到天然氣產(chǎn)品。本工藝過程具有流程簡單、能耗低、投資省、操作方便、可大量副產(chǎn)氫氣的優(yōu)點，最終達(dá)到高效綜合利用焦?fàn)t氣的目的。
【專利說明】利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，屬于焦?fàn)t煤氣綜合利用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]焦?fàn)t煤氣是指用幾種煙煤配制成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)過高溫干餾產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所得到的一種可燃性氣體，一般每噸干煤可生產(chǎn)焦?fàn)t氣300-350標(biāo)準(zhǔn)立方米。焦?fàn)t氣是混合物，其產(chǎn)率和組成因煉焦用煤質(zhì)量和焦化過程條件不同而有所差別，其主要成分為比(55% -70% ) CH4(15% -30% ) ,C0(5% -9% ) ,CO2 (2% -5% ) ,N2(2% -6% )，另外還含有少量的其它成分。
[0003]目前焦化行業(yè)為減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益，越來越重視焦?fàn)t煤氣的綜合利用。除供城市燃?xì)?、發(fā)電、合成氨、生產(chǎn)甲醇等傳統(tǒng)利用途徑外，焦?fàn)t煤氣制天然氣(或液化天然氣)近年來越來越受到人們的廣泛重視。焦?fàn)t煤氣甲烷化制天然氣得到的甲烷更多，但消耗掉了煤氣中的大部分氫氣，不能滿足大型焦化企業(yè)建設(shè)焦油加氫、蒽油加氫等加氫裝置的用氫需求，而焦?fàn)t煤氣直接分離甲烷得到的甲烷較少，且能量消耗較高，煤氣中的一氧化碳難以再進(jìn)行化工利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于結(jié)合我國焦化行業(yè)實際，提出一種利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的工藝。
[0005]一種利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，包括如下步驟:
[0006](I)首先將焦?fàn)t煤氣經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，除去大部分的硫、焦油、苯和萘等雜質(zhì)；
[0007](2)經(jīng)預(yù)處理后的焦?fàn)t煤氣與水蒸氣混合進(jìn)入耐硫變換系統(tǒng)，經(jīng)過低溫耐硫變換，焦?fàn)t煤氣中大部分的CO轉(zhuǎn)化為H2,同時焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫大一部分被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫；
[0008](3)經(jīng)變換后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過變壓吸附系統(tǒng)或膜分離，分離出純氫氣產(chǎn)品、粗甲烷氣及解吸廢氣；
[0009](4)經(jīng)變壓吸附后得到的粗甲烷氣經(jīng)過凈化系統(tǒng)，脫除CO2和H2S等酸性氣體及有機(jī)硫，得到天然氣產(chǎn)品。
[0010]所述的預(yù)處理系統(tǒng)包括螺桿式壓縮機(jī)或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)，變溫吸附裝置和往復(fù)式壓縮機(jī)。焦?fàn)t煤氣先經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓后，進(jìn)入變溫吸附裝置，焦?fàn)t煤氣中大部分的硫、焦油、苯、萘等雜質(zhì)被吸附在吸附塔內(nèi)的吸附劑上除去，再通過往復(fù)式壓縮機(jī)加壓。焦?fàn)t煤氣經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)壓縮至0.1?IMPa，或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)壓縮至0.01?0.1MPa ;焦?fàn)t煤氣通過往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮至1.5?3MPa。
[0011]所述的耐硫變換系統(tǒng)包括預(yù)熱器、加熱爐、變換爐和分離罐，預(yù)熱器、加熱爐、變換爐之間通過管道串連，變換爐再經(jīng)預(yù)熱器后與分離罐連接，變換爐可為I?3個串聯(lián)連接。所述的低溫耐硫變換的溫度為200?500°C。變換爐為固定床反應(yīng)器，裝有2?4段變換觸媒，每段觸媒床層設(shè)有脫鹽水噴淋裝置。在其中大部分的CO在低溫耐硫變換觸媒的作用下與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2,同時焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫很大一部分也被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫。
[0012]所述的變壓吸附系統(tǒng)包括至少兩個變壓吸附單元，每個變壓吸附單元均由多臺緩沖罐和多臺吸附塔組成。
[0013]所述的凈化系統(tǒng)包括吸收塔與再生塔及其附屬設(shè)備，所述的吸收塔中根據(jù)氣體組分的情況選用環(huán)丁砜、復(fù)方MDEA等溶劑，吸收C02、H2S等酸性氣體及有機(jī)硫，再生塔用于溶劑的循環(huán)再生。
[0014]本發(fā)明采用焦?fàn)t煤氣為原料規(guī)?；厣a(chǎn)天然氣與氫氣兩種產(chǎn)品，最終得到的天然氣產(chǎn)品滿足天然氣國標(biāo)(GB17820) —類技術(shù)規(guī)格，可直接送入管網(wǎng)或銷售壓縮天然氣(CNG)，或再經(jīng)過脫水、脫汞與深冷生產(chǎn)液化天然氣(LNG)，中間過程中得到的副產(chǎn)品氫氣可供焦化企業(yè)加氫裝置使用。
[0015]本工藝過程較現(xiàn)有的各種焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)天然氣工藝過程，具有流程簡單、能耗低、投資省、操作方便、可大量副產(chǎn)氫氣的優(yōu)點，最終達(dá)到高效綜合利用焦?fàn)t氣的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
[0017]主要附圖標(biāo)記:
[0018]I預(yù)處理系統(tǒng)2耐硫變換系統(tǒng)
[0019]3變壓吸附系統(tǒng)4凈化系統(tǒng)

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但所提供的方式僅作為示例而不應(yīng)該被理解為限制本發(fā)明的范圍。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，包括如下步驟:
[0022](I)首先將焦?fàn)t煤氣經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)I進(jìn)行預(yù)處理，除去大部分的硫、焦油、苯和萘等雜質(zhì)。預(yù)處理系統(tǒng)I包括螺桿式壓縮機(jī)或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)，變溫吸附裝置和往復(fù)式壓縮機(jī)。焦?fàn)t煤氣先經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓后，進(jìn)入變溫吸附裝置，再通過往復(fù)式壓縮機(jī)加壓。
[0023]將焦化廠凈化后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)壓縮至0.1?IMPa，或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)壓縮至0.01?0.1MPa，進(jìn)入變溫吸附裝置，焦?fàn)t氣中大部分的硫、焦油、苯、萘等雜質(zhì)被吸附在吸附塔內(nèi)的吸附劑上除去，再通過往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮至1.5?3MPa。
[0024](2)經(jīng)預(yù)處理后的焦?fàn)t煤氣與水蒸氣混合后進(jìn)入耐硫變換系統(tǒng)2，經(jīng)換熱至200?500°C進(jìn)入一至三個變換爐進(jìn)行耐硫變換，在變換爐中大部分的CO在低溫耐硫變換觸媒的作用下與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2,同時焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫很大一部分也被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，離開變換爐的焦?fàn)t氣經(jīng)預(yù)熱器回收熱量、分離罐分離水分后送至后工序。
[0025]壓縮后的焦?fàn)t氣與水蒸氣混合后，經(jīng)過一至三段低溫耐硫變換，在變換爐中發(fā)生以下反應(yīng):C0+H20 = H2+C02，經(jīng)過此過程焦?fàn)t氣中大部分的CO轉(zhuǎn)化為H2,同時焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫很大一部分被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫。耐硫變換系統(tǒng)2包括預(yù)熱器、加熱爐、變換爐和分離罐，預(yù)熱器、加熱爐、變換爐之間通過管道串連，變換爐再經(jīng)預(yù)熱器后與分離罐連接。變換爐可為I?3個串聯(lián)連接，低溫耐硫變換的溫度為200?500°C。變換爐為固定床反應(yīng)器，裝有2?4段變換觸媒，每段觸媒床層設(shè)有脫鹽水噴淋裝置。在其中大部分的CO在低溫耐硫變換觸媒的作用下與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2，同時焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫很大一部分也被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫。
[0026](3)經(jīng)變換后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過變壓吸附系統(tǒng)3或膜分離，分離出純氫氣產(chǎn)品、粗甲烷氣及解吸廢氣；變壓吸附系統(tǒng)3包括至少兩個變壓吸附單元，每個變壓吸附單元均由緩沖罐和多臺吸附塔組成。
[0027]變換后的焦?fàn)t氣經(jīng)過變壓吸附系統(tǒng)3，先分離出粗氫氣，并抽出粗甲烷氣，之后再對粗氫氣進(jìn)行變壓吸附分離，得到純度在99.9%以上的純氫氣產(chǎn)品及解吸廢氣。每個變壓吸附單元均由多臺緩沖罐和多臺吸附塔組成，利用不同氣體在吸附劑上吸附速率的不同，通過對吸附塔不停進(jìn)行吸附、解吸、再生狀態(tài)的切換實現(xiàn)對氣體的分離。
[0028](4)經(jīng)變壓吸附后得到的粗甲烷氣經(jīng)過凈化系統(tǒng)4溶劑吸收，脫除其中的C02、H2S等酸性氣體及有機(jī)硫，最終得到純度在98%以上的天然氣產(chǎn)品。
[0029]從吸附塔抽出的粗甲烷氣經(jīng)壓縮后進(jìn)入吸收塔，根據(jù)氣體組分的情況選用環(huán)丁砜、復(fù)方MDEA等溶劑，吸收其中的C02、H2S等酸性氣體及有機(jī)硫，得到的甲烷氣分離出水分后即可得到滿足天然氣國標(biāo)(GB17820) —類技術(shù)規(guī)格要求，純度在98%以上的天然氣產(chǎn)品，吸收酸性氣體及有機(jī)硫后的溶劑經(jīng)再生塔再生后循環(huán)使用。
[0030]本發(fā)明可用其他不違背本發(fā)明精神和主要特征的具體形式來概述。因此，本發(fā)明的上述實施方案只能認(rèn)為是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍。相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明精神、內(nèi)容和范圍內(nèi)對本發(fā)明所述的裝置和方法進(jìn)行改動或者變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明精神、內(nèi)容和范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于該方法包括如下步驟: (1)首先將焦?fàn)t煤氣經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，除去大部分的硫、焦油、苯和萘； (2)經(jīng)預(yù)處理后的焦?fàn)t煤氣與水蒸氣混合進(jìn)入耐硫變換系統(tǒng)，經(jīng)過低溫耐硫變換，焦?fàn)t煤氣中大部分的CO轉(zhuǎn)化為H2,同時焦?fàn)t氣中的有機(jī)硫大一部分被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫； (3)經(jīng)變換后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過變壓吸附系統(tǒng)或膜分離，分離出純氫氣產(chǎn)品、粗甲烷氣及解吸廢氣； (4)經(jīng)變壓吸附后得到的粗甲烷氣經(jīng)過凈化系統(tǒng)，脫除酸性氣體及有機(jī)硫，得到天然氣女口廣叩ο
2.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:所述的預(yù)處理系統(tǒng)包括螺桿式壓縮機(jī)或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)，變溫吸附裝置和往復(fù)式壓縮機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:焦?fàn)t煤氣先經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓后，進(jìn)入變溫吸附裝置，再通過往復(fù)式壓縮機(jī)加壓。
4.如權(quán)利要求3所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:焦?fàn)t煤氣經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)壓縮至0.1?IMPa，或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)壓縮至0.0l?0.1MPa ;焦?fàn)t煤氣通過往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮至1.5?3MPa。
5.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:所述的耐硫變換系統(tǒng)包括預(yù)熱器、加熱爐、變換爐和分離罐，預(yù)熱器、加熱爐、變換爐之間通過管道串連，變換爐再經(jīng)預(yù)熱器后與分離罐連接。
6.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:所述的低溫耐硫變換的溫度為200?500°C。
7.如權(quán)利要求5所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:所述的變換爐為I?3個串聯(lián)連接。
8.如權(quán)利要求5所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:所述的變換爐為固定床反應(yīng)器，裝有2?4段變換觸媒，每段觸媒床層設(shè)有脫鹽水噴淋裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:所述的變壓吸附系統(tǒng)包括至少兩個變壓吸附單元，所述的變壓吸附單元由緩沖罐和多臺吸附塔組成。
10.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與氫氣的方法，其特征在于:所述的凈化系統(tǒng)包括吸收塔與再生塔，所述的吸收塔采用環(huán)丁砜和/或復(fù)方MDEA溶劑吸收酸性氣體及有機(jī)硫。
【文檔編號】C01B3/16GK104388138SQ201410618203
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】王拴虎, 韓園元 申請人:新奧能源貿(mào)易有限公司