一種帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體為一種帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝，該工藝的步驟主要包括：原料氣與系統(tǒng)內(nèi)熱氣體換熱升溫后進入超精脫硫器脫硫，然后原料氣一分為二，一部分與循環(huán)氣混合進入飽和塔增濕，然后經(jīng)換熱升溫進入第一級甲烷化反應(yīng)器，各級甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣依次通過絕熱段和換熱段反應(yīng)并回收反應(yīng)熱，再與另一部分原料氣混合進入第二級甲烷化反應(yīng)器反應(yīng)并回收反應(yīng)熱，經(jīng)換熱降溫分離冷凝水后一分為二，一部分作為循環(huán)氣經(jīng)增壓后與部分原料氣混合，另一部分經(jīng)換熱降溫到常溫分離冷凝水后再換熱升溫進入第三級甲烷化反應(yīng)器反應(yīng)，最終甲烷氣經(jīng)換熱降溫到常溫分離冷凝水后送出本工序。系統(tǒng)中的冷凝水進入熱水塔回用。
【專利說明】
一種帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，涉及甲烷合成的制備技術(shù)，具體為一種帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝。
[0002]
【背景技術(shù)】
甲烷化是將0)、0)2與!12反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CH4的過程，是焦?fàn)t煤氣制天然氣、煤制天然氣的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一，隨著國內(nèi)焦化企業(yè)尋求轉(zhuǎn)型及煤制天然氣產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，甲烷化技術(shù)作為工廠的技術(shù)核心之一而受到關(guān)注。
[0003]國內(nèi)外進行甲烷化工藝研發(fā)的單位眾多，反應(yīng)器形式有絕熱固定床反應(yīng)器、等溫反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器。絕熱固定床中反應(yīng)受熱力學(xué)控制，反應(yīng)強放熱與反應(yīng)深度之間存在矛盾;等溫床反應(yīng)器設(shè)計及制造復(fù)雜，造價較高，設(shè)備可靠性低，放大風(fēng)險很大;但漿態(tài)床受氣液固三相之間傳質(zhì)的限制，影響CO轉(zhuǎn)化及合成效率;流化床內(nèi)強烈的氣體返混會影響甲烷轉(zhuǎn)化率，而且存在催化劑磨損和帶出損失等問題。而采用絕熱固定床與等溫反應(yīng)器相結(jié)合的由絕熱段和換熱段構(gòu)成的反應(yīng)器未見報道。
[0004]在公開的甲烷化工藝中，在甲烷化工藝中采取向合成氣加飽和蒸汽的方式來防止甲烷化反應(yīng)過程中結(jié)碳等風(fēng)險發(fā)生，該方式能耗較高。而采用飽和熱水塔對合成氣增濕加熱的方式也未見報道。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供可降低生產(chǎn)能耗的、具有耐高溫、高轉(zhuǎn)化率的一種補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方法為:
一種帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝，該工藝包括如下步驟:
處理合格的原料氣依次與出熱水塔出口甲烷氣、熱水塔進口甲烷氣換熱到超精脫硫的溫度，然后進入超精脫硫器進行脫硫，脫硫后原料氣一分為二，一部分與預(yù)熱后循環(huán)氣混合進入飽和塔增濕，增濕后合成氣與第二級甲烷化鍋爐出口甲烷氣換熱后進入第一級甲烷化反應(yīng)器，第一級甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣先通過絕熱段反應(yīng)，然后再通過換熱段換熱降溫后與另一部分原料氣混合，混合后氣體進入第二級甲烷化反應(yīng)器，第二級甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣先通過絕熱段反應(yīng)，然后再通過換熱段換熱降溫，從第二級甲烷化反應(yīng)器出來的甲烷氣依次經(jīng)過甲烷加熱器、合成氣加熱器、原料氣加熱器、熱水塔、原料氣加熱器、鍋爐水加熱器降溫并分離出冷凝水，然后一分為二，一部分作為循環(huán)氣由壓縮機增壓后與部分原料氣混合，另一部分經(jīng)過除氧水加熱器和水冷器降溫到常溫后分離出冷凝水，甲烷氣體依次經(jīng)過第三級甲烷化出口換熱器、甲烷加熱器加熱后進入第三級甲烷化反應(yīng)器反應(yīng)，從第三級甲烷化反應(yīng)器出來的甲烷氣依次通過第三級甲烷化出口換熱器、水冷器降溫到常溫，分離出冷凝水后送下一工序處理。
[0008]脫硫后原料氣一分為二，以其體積百分含量計，30?50%的原料氣增濕加熱后去第一級甲烷化反應(yīng)器，50?70%的原料氣與第一級甲烷化反應(yīng)器出口甲烷氣混合后去第二級甲烷化反應(yīng)器。
[0009]進入第一級甲烷化反應(yīng)器的原料氣混合的循環(huán)氣量由第一級甲烷化反應(yīng)器絕熱段最高溫度來確定，第一級甲烷化反應(yīng)器絕熱段最高溫度<650°C。
[0010]第一級、第二級、第三級甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣先通過裝有甲烷化催化劑的絕熱段反應(yīng)，然后再通過裝有甲烷化催化劑的換熱段繼續(xù)反應(yīng)，在換熱段中反應(yīng)氣隨著與蒸汽或水進行換熱而降溫且在降溫的同時進行甲烷化反應(yīng)。
[0011]從熱水塔出來的甲烷氣經(jīng)過冷卻而冷凝下來的水與第三級甲烷化反應(yīng)器出口甲烷氣冷卻冷凝下來的水合并，由栗增壓，與從熱水塔底向外排放的水換熱升溫后進入熱水
+Pt O
[0012]本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在:
(一)、原料氣采用飽和熱水塔進行增濕加熱，不用增加蒸汽消耗，飽和熱水塔的水循環(huán)使用，節(jié)約生產(chǎn)成本；
(二)、甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣先通過裝有甲烷化催化劑的絕熱段反應(yīng)，然后再通過裝有甲烷化催化劑的換熱段繼續(xù)反應(yīng)，在換熱段中反應(yīng)氣隨著與蒸汽或水進行換熱而降溫且在降溫的同時進行甲烷化反應(yīng)，保證甲烷化的高轉(zhuǎn)化率。
[0013](三)、從熱水塔出來的甲烷氣經(jīng)過冷卻而冷凝下來的水與第三級甲烷化反應(yīng)器出口甲烷氣冷卻冷凝下來的水合并，由栗增壓，與從熱水塔底向外排放的水換熱升溫后進入熱水塔，回收了反應(yīng)過程中的低位熱以及反應(yīng)生成的水。
[0014]
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明方法中的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝流程示意圖，并作為實施例I和實施例2的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝流程示意圖；
圖1中，P1、P2是栗，E1-E9是換熱器(熱交換器)，CR是超精脫硫器，Tl是飽和塔，T2是熱水塔，V是氣液分離器，B1、B2是蒸汽發(fā)生器，ER是甲烷化反應(yīng)器，從左到右依次是一級甲烷化反應(yīng)器、二級甲烷化反應(yīng)器和三級甲烷化反應(yīng)器，C是壓縮機。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]以下通過【具體實施方式】的實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0018]實施例1:
本實施例的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝流程如下:
經(jīng)過凈化后的合成氣氣量?230000Nm3/h，含有CO?24.2237%(V) ； CO2?0.0045%(V)；H2?73.0668%(V) ；CH4?2.0704%(V)，N2?0.3363%(V)，壓力?3.6MPa(G)，溫度?40°C，此合成氣經(jīng)El加熱到?160 °C進入CR進行超精脫硫，出CR的合成氣分為二路，一路合成氣與來自C壓縮機的氣體混合后進入Tl飽和塔進行增濕加溫，然后與E3換熱升溫至250?300°C后進入一級ER甲烷化反應(yīng)器絕熱段，CO、CO2與出在此進行甲烷化反應(yīng)并放出大量熱量，溫度上升至?650°C進入一級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段，在此合成氣繼續(xù)反應(yīng)并與水進行換熱，將水加熱成5.4MPa(G)，270°C飽和蒸汽送出，同時反應(yīng)氣溫度降至?350°C后進入BI蒸汽發(fā)生器回收熱量產(chǎn)生5.4MPa(G)，270°C飽和蒸汽送出，反應(yīng)氣在此繼續(xù)降溫至?300°C后與另外一路合成氣混合。然后進入二級ER甲烷化反應(yīng)器絕熱段，C0、C02與出在此進行甲烷化反應(yīng)并放出大量熱量，溫度上升至?650 V進入二級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段，在此合成氣繼續(xù)反應(yīng)并與水進行換熱，將水加熱成5.4MPa(G)，270°C飽和蒸汽送出，同時反應(yīng)氣溫度降至?350°C后進入B2蒸汽發(fā)生器回收熱量產(chǎn)生5.4MPa(G)，270°C飽和蒸汽送出，反應(yīng)氣在此繼續(xù)降溫至?300°C后進入E3與來自飽和塔的合成氣換熱降溫，再進入El與凈化后的合成氣換熱進一步降溫后進入T2熱水塔下部，與來自Tl飽和塔的熱水逆流接觸降溫，由T2熱水塔上部進入E4加熱除氧，水降溫后進入E5加熱鍋爐給水進一步降溫后分位二路，一路作為循環(huán)氣經(jīng)過Cl壓縮機增壓后與出CR的一路合成氣混合完成循環(huán)，一路繼續(xù)與E6換熱冷卻后進入V氣液分離器分離掉游離水后進入ES，與三級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段出口氣換熱后進入E7，與出B2蒸汽發(fā)生器的反應(yīng)氣換熱升溫至250?300°C后進入三級ER甲烷化反應(yīng)器絕熱段繼續(xù)進行甲烷化反應(yīng)，殘余的CO、CO2與H2在此進行甲烷化反應(yīng)并放出熱量后進入三級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段，在此合成氣繼續(xù)反應(yīng)并與水進行換熱，將水加熱成5.4MPa(G)，270°C飽和蒸汽送出，反應(yīng)氣進入ES，與來自V氣液分離器的冷氣體換熱降溫后進入E9，經(jīng)過最終降溫至40 V后進入V氣液分離器分離掉游離水后作為甲烷化產(chǎn)品氣送出本工藝范圍。從V氣液分離出的游離水經(jīng)收集由Pl栗增壓后進入E2換熱器與T2熱水塔排出的水換熱升溫后進入T2熱水塔回收水和熱量。
[0019]此時，甲烷化產(chǎn)品氣氣量?62700Nm3/h，含有⑶?0.0038%(V);C02?0.0853%(V);H2?I.7682%(V) ;CH4?96.378%(V)，N2?I.2354%(V)，壓力?3.0MPa(G)，溫度?40°C。
[0020]此實施例1產(chǎn)5.4MPa(G)，270°C飽和蒸汽?257t/h。
[0021]實施例2:
本實施例的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝流程如下:
經(jīng)過凈化后的合成氣氣量?230000Nm3/h，含有CO?24.2272%(V) ； CO2?0.0045%(V)；H2?73.0632%(V) ；CH4?2.0704%(V)，N2?0.3363%(V)，壓力?3.6MPa(G)，溫度?40°C，此合成氣經(jīng)El加熱到?160 °C進入CR進行超精脫硫，出CR的合成氣分為二路，一路合成氣與來自C壓縮機的氣體混合后進入Tl飽和塔進行增濕加溫，然后與E3換熱升溫至250?300°C后進入一級ER甲烷化反應(yīng)器絕熱段，CO、CO2與出在此進行甲烷化反應(yīng)并放出大量熱量，溫度上升至?650°C進入一級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段，在此合成氣繼續(xù)反應(yīng)并與10.0MPa(G)，312°C飽和蒸汽進行換熱，將飽和蒸汽加熱成9.SMPa(G)，540°C的過熱蒸汽送出作為動力蒸汽用，同時反應(yīng)氣溫度降至?450°C后進入BI蒸汽發(fā)生器回收熱量產(chǎn)生10.0MPa(G)，312°C飽和蒸汽送出，反應(yīng)氣在此繼續(xù)降溫至?300°C后與另外一路合成氣混合。然后進入二級ER甲烷化反應(yīng)器絕熱段，CO、CO2與H2在此進行甲烷化反應(yīng)并放出大量熱量，溫度上升至?650 °C進入二級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段，在此合成氣繼續(xù)反應(yīng)并與水進行換熱，將水加熱成10.0MPa(G)，312°C飽和蒸汽送出，同時反應(yīng)氣溫度降至?350°C后進入B2蒸汽發(fā)生器回收熱量產(chǎn)生10.0MPa(G)，312°C飽和蒸汽送出，反應(yīng)氣在此繼續(xù)降溫至?300°C后進入E3與來自飽和塔的合成氣換熱降溫，再進入El與凈化后的合成氣換熱進一步降溫后進入T2熱水塔下部，與來自Tl飽和塔的熱水逆流接觸降溫，由T2熱水塔上部進入E4加熱除氧水降溫后進入E5加熱鍋爐給水進一步降溫后分位二路，一路作為循環(huán)氣經(jīng)過Cl壓縮機增壓后與出CR的一路合成氣混合完成循環(huán)，一路繼續(xù)與E6換熱冷卻后進入V氣液分離器分離掉游離水后進入ES，與三級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段出口氣換熱后進入E7，與出B2蒸汽發(fā)生器的反應(yīng)氣換熱升溫至250?300°C后進入三級ER甲烷化反應(yīng)器絕熱段繼續(xù)進行甲烷化反應(yīng)，殘余的C0、C02與H2在此進行甲烷化反應(yīng)并放出熱量后進入三級ER甲烷化反應(yīng)器換熱段，在此合成氣繼續(xù)反應(yīng)并與水進行換熱，將水加熱成10.0MPa(G)，312°C飽和蒸汽送出，反應(yīng)氣進入E8，與來自V氣液分離器的冷氣體換熱降溫后進入E9，經(jīng)過最終降溫至40°C后進入V氣液分離器分離掉游離水后作為甲烷化產(chǎn)品氣送出本工藝范圍。從V氣液分離出的游離水經(jīng)收集由Pl栗增壓后進入E2換熱器與T2熱水塔排出的水換熱升溫后進入T2熱水塔回收水和熱量。
[0022]此時，甲烷化產(chǎn)品氣氣量?62700_3/11，含有邙?0.0039%(￥);0)2?0.0889%(￥);H2?1.7234%(V);CH4 ?96.4192%(V)，N2?1.2352%(V)，壓力?3.010^(6)，溫度?40°(:。
[0023]此實施例2產(chǎn)9.810^(6)，540°(:的過熱蒸汽?192^11。
【主權(quán)項】
1.一種帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟: 處理合格的原料氣依次與出熱水塔出口甲烷氣、熱水塔進口甲烷氣換熱到超精脫硫的溫度，然后進入超精脫硫器進行脫硫，脫硫后原料氣一分為二，一部分與預(yù)熱后循環(huán)氣混合進入飽和塔增濕，增濕后的合成氣與第二級甲烷化鍋爐出口甲烷氣換熱升溫后進入第一級甲烷化反應(yīng)器，第一級甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣先通過絕熱段反應(yīng)，然后再通過換熱段換熱降溫后與另一部分原料氣混合，混合后氣體進入第二級甲烷化反應(yīng)器，第二級甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣先通過絕熱段反應(yīng)，然后再通過換熱段換熱降溫，從第二級甲烷化反應(yīng)器出來的甲烷氣依次經(jīng)過甲烷加熱器、合成氣加熱器、原料氣加熱器、熱水塔、原料氣加熱器、鍋爐水加熱器降溫并分離出冷凝水，然后一分為二，一部分作為循環(huán)氣由壓縮機增壓后與部分原料氣混合，另一部分經(jīng)過除氧水加熱器和水冷器降溫到常溫后分離出冷凝水，甲烷氣體依次經(jīng)過第三級甲烷化出口換熱器、甲烷加熱器加熱后進入第三級甲烷化反應(yīng)器反應(yīng)，從第三級甲烷化反應(yīng)器出來的甲烷氣依次通過第三級甲烷化出口換熱器、水冷器降溫到常溫，分離出冷凝水后送下一工序處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝，其特征在于:脫硫后原料氣一分為二，以其體積百分含量計，30?50%的原料氣與預(yù)熱后循環(huán)氣混合，經(jīng)增濕加熱后去第一級甲烷化反應(yīng)器，50?70%的原料氣與第一級甲烷化反應(yīng)器出口甲烷氣混合后去第二級甲烷化反應(yīng)器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝，其特征在于: 與進入第一級甲烷化反應(yīng)器的原料氣混合的循環(huán)氣量由第一級甲烷化反應(yīng)器絕熱段最高溫度來確定，第一級甲烷化反應(yīng)器絕熱段最高溫度<700 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝，其特征在于:第一級、第二級、第三級甲烷化反應(yīng)器由絕熱段和換熱段構(gòu)成，合成氣先通過裝有甲烷化催化劑的絕熱段反應(yīng)，然后再通過裝有甲烷化催化劑的換熱段繼續(xù)反應(yīng)，在換熱段中反應(yīng)氣隨著與蒸汽或水進行換熱而降溫且在降溫的同時進行甲烷化反應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶補水循環(huán)的甲烷化制甲烷工藝，其特征在于:從熱水塔出來的甲烷氣經(jīng)過冷卻而冷凝下來的水與第三級甲烷化反應(yīng)器出口甲烷氣冷卻冷凝下來的水合并，由栗增壓，與從熱水塔底向外排放的水換熱升溫后進入熱水塔。
【文檔編號】C10L3/08GK105820847SQ201610286586
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】蹇守華, 周君, 楊先忠, 羅橙
【申請人】四川天科技股份有限公司, 四川天一科技股份有限公司