一种煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺的利记博彩app
【专利摘要】本发明属于化工领域，具体为煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺。该工艺具体为：将煤造合成气经耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳后的合成气通入超精净化器中，使进入甲烷化工序的合成气中的总硫小于0.02ppm，氯小于0.01ppm，重金属小于0.01ppm，然后把该部分合成气分成三股、四股或五股，分别进入主甲烷化反应器，且最后一个主甲烷化反应器出口气体全部进入副甲烷化反应器中继续依次进行甲烷化反应，然后冷却、脱水得到符合要求的合成天然气SNG，或增加深冷分离液化工序得到液化天然气LNG。本发明具有无循环压缩机，投资省，能量利用率高，运行费用低的优点。
【专利说明】一种煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于化工领域，涉及富含H2、CO和CO2气体的甲烷化的工艺，具体为一种煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺。
【背景技术】
[0002]中国预测煤炭储量约为5.47万亿吨，且大部分在山西省、内蒙古和新疆，特是新疆地处西北，交通运输条件较差。与此同时，我国常规天然气资源量约为35?38万亿Nm3，占世界总量的2% ;其中可采资源量10?12万亿Nm3，人均天然气剩余可采储量仅相当于世界平均水平的6%，我国表现为相对富煤少气的国家。而天然气作为一种优质清洁能源，目前在我国一次能源消费中的比重仅约为4.5%，远远低于世界23.7%的平均水平。多年来我国天然气消费增速超过产量增速，进口量逐年大幅增加。2013年我国天然气消费量达到1676亿Nm3，进口天然气530亿Nm3。据国务院发展研究中心预测，到2020年消费量增加到3000亿Nm3，届时约有40%依赖进口。可以预见未来无论是国内还是国外对于天然气的需求都存在很大缺口，因此利用煤炭资源生产合成天然气将是一种现实的重要的天然气补充来源。
[0003]现有的煤制合成天然气的甲烷化技术通常使用多个热交换器和大量气体循环的复杂装置来控制甲烷化出口温度，采用的循环比很高，热气循环压缩机的造价高，不仅增加了换热器和甲烷化反应器设备投资，以及增加了甲烷化催化剂装填量，还大幅增加了单位产品电耗，因此研发出更节能、无循环机、成本较低的甲烷化工艺实属迫切。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对以上技术问题，提供一种能量利用率高、无循环、投资较少的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺。
[0006]本发明目的通过下述技术方案来实现:
一种煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，该工艺包括如下步骤:
将煤造合成气经耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳后，得到符合甲烷化工序要求的合成气。然后合成气进入超精净化器中进行彻底脱除合成气中的硫、氯、重金属等毒物，达到总硫小于0.02ppm,氯小于0.0lppm,总重金属小于0.0lppm。然后将彻底净化后的合成气分成若干股分别进入主甲烷化主反应器，且在第一主甲烷化主反应器Rl的进口混合一定量的水蒸气后进行甲烷化反应，第一主甲烷化主反应器Rl出口气体(流股10)经过废热锅炉回收热量后与部分合成气(流股6)混合后进入第二主甲烷化主反应器R2继续进行甲烷化反应器，依次类推。经过全部主甲烷化反应后，再依次通过副甲烷化反应器，且在进入末级副甲烷化反应器前将甲烷化后的气体冷却，冷凝分离水，再对残余的CO和CO2进行完全甲烷化反应，然后冷却，脱水得到符合天然气国家标准(GB 17820 - 2012)要求的合成天然气SNG，或者再进入深冷分离工序利用精馏塔使富甲烷化气体分成三股，第一股为液化天然气，第二股为富氮气体，第三股为富氢气体，且富氢气体全部返回到第一主甲烷化反应器RlΛ 口，液化天然气作为产品。
[0007]作为优选，出超精净化器的合成气分成3股或4股。
[0008]所述主甲烷化炉入口温度为563Κ-623Κ，出口温度为825Κ-967Κ，以干气计算的体积空速为10000 doooo IT1;所述最后一个副甲烷化反应器的干气计算的体积空速为4000 h_1-8000 h—1，甲烷化炉入口温度为 513K-573K。
[0009]进入第一主甲烷化反应器的合成气与水蒸汽的摩尔比是0.48?1.51: 1，且水蒸汽压力Pl比甲烷化操作压力P2大0.1MPa以上。
[0010]主甲烷化反应器为绝热甲烷化反应器，副甲烷化反应器为绝热或等温甲烷化反应器。甲烷化反应器中的甲烷化催化剂是以镍为主要活性组分的甲烷化催化剂。
[0011]在所述工艺过程中，通过废热锅炉和过热器产生中压或是高压蒸汽回收甲烷化反应器出口的高温气体的热量。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
具有无循环压缩机，投资省，能量利用率高，运行费用低。随着煤制天然气项目甲烷化技术的研发，大量专利对此作了相关的阐述，大量专利采用了带循环机的甲烷化工艺，甲烷化单元的电耗较高，其中专利《生产合成天然气的方法、装置及其产物天然气》CN101812339A公开了一种带循环的甲烷化专利技术，循环气与原料气的摩尔比为I?9:1，催化剂装填量较大。对于一个13亿Nm3/a的煤制天然气项目，该专利循环压缩机的最低功率约为5375kwh，单位产品能耗较高。
[0013]
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为实施例1-3中所采用的工艺流程图；
图2为实施例4中所采用的工艺流程图；
图3为实施例5中所采用的工艺流程图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0017]实施例1:
本实施例按照图1所示工艺流程进行，先将煤气化后得到的合成气利用耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳，然后该合成气进入超精净化器Tl中进行彻底脱除合成气中的硫、氯、重金属等毒物，得到总硫小于0.02ppm,氯小于0.0lppm,总重金属小于0.0lppm,压力为3MPa，流量为lOOOOkmol/h的合成气，合成气的干基组成(以体积分数计)为H2 63.91%, CO19.58%，CO2 1.3%，CH4 14.79%，N2 0.42%。合成气分成流股5、流股6和流股7分别进入第一主甲烷化绝热反应器Rl、第二主甲烷化绝热反应器R2和第三主甲烷化绝热反应器R3，其中流股5的流量为3100kmol/h、流股6的流量为3000kmol/h和流股7的流量为3900kmol/h。流股4水蒸汽的流量为2800kmol/h，压力为3.2MPa。第一主甲烷化绝热反应器R1、第二主甲烷化绝热反应器R2和第三主甲烷化绝热反应器R3的入口温度分别为603K、603K和603Κ，出口温度分别为为908Κ、908Κ和908Κ，干气空速分别为30000 h'20000 IT1和10000h—1。第一副甲烷化反应器R4的入口温度分别为583K，出口温度为810K，干气空速为15000h'第二副甲烷化反应器R5的入口温度分别为573K，出口温度为678K，干气空速为15000h'且回收利用第二副甲烷化反应器R5出口气体的热量后利用循环水把气体冷却到333K以下，分离饱和水，然后进入第三副甲烷化反应器R6继续进行甲烷化反应。第三副甲烷化反应器R6的入口温度分别为543K，出口温度为633K，干气空速为6000 h—1。第三副甲烷化反应器R6出口气体流股23的干基组成(体积分数)为CH4占96.70%, CO2占0.44%，N2占1.14%，H2占1.71%，干基流量为3672Kmol/h，然后冷却，脱水得到产品合成天然气。
[0018]实施例2:
本实施例按照图1所示工艺流程进行，先将煤气化后得到的合成气利用耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳，然后该合成气进入超精净化器Tl中进行彻底脱除合成气中的硫、氯、重金属等毒物，得到总硫小于0.02ppm,氯小于0.0lppm,总重金属小于0.0lppm,压力为3MPa，流量为lOOOOkmol/h的合成气，合成气的干基组成(体积分数)为H2 63.91%，CO19.58%，CO2 1.3%，CH4 14.79%，N2 0.42%。合成气分成流股5、流股6和流股7分别进入第一主甲烷化绝热反应器Rl、第二主甲烷化绝热反应器R2和第三主甲烷化绝热反应器R3，其中流股5的流量为3100kmol/h、流股6的流量为3650kmol/h和流股7的流量为3250kmol/h。流股4水蒸汽的流量为1500kmol/h，压力为3.5MPa。第一主甲烷化绝热反应器R1、第二主甲烷化绝热反应器R2和第三主甲烷化绝热反应器R3的入口温度分别为603K、603K和603Κ，出口温度分别为为967Κ、967Κ和937Κ，干气空速分别为50000 h'40000 IT1和12000h—1。第一副甲烷化反应器R4的入口温度分别为583K，出口温度为838K，干气空速为10000h'第二副甲烷化反应器R5的入口温度分别为573K，出口温度为697K，干气空速为12000h'且回收利用第二副甲烷化反应器R5出口气体的热量后利用循环水把气体冷却到323K以下，分离饱和水，然后进入第三副甲烷化反应器R6继续进行甲烷化反应。第三副甲烷化反应器R6的入口温度分别为543K，出口温度为633K，干气空速为4000 h—1。第三副甲烷化反应器R6出口气体流股23的干基组成(体积分数)为CH4占96.72%，CO2占0.43%，N2占1.14%，H2占1.70%，干基流量为3671Kmol/h，然后冷却，脱水得到产品合成天然气。
[0019]实施例3:
本实施例按照图1所示工艺流程进行，先将煤气化后得到的合成气利用耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳，然后该合成气进入超精净化器Tl中进行彻底脱除合成气中的硫、氯、重金属等毒物，得到总硫小于0.02ppm,氯小于0.0lppm,总重金属小于0.0lppm,压力为3.5MPa，流量为10000kmol/h的合成气，合成气的干基组成(体积分数)为H2 63.91%，CO19.58%，CO2 1.3%，CH4 14.79%，N2 0.42%。。合成气分成流股5、流股6和流股7分别进入第一主甲烷化绝热反应器Rl、第二主甲烷化绝热反应器R2和第三主甲烷化绝热反应器R3，其中流股5的流量为3970kmol/h、流股6的流量为3000kmol/h和流股7的流量为3030kmol/h。流股4水蒸汽的流量为6000kmol/h，压力为4.0MPa。第一主甲烷化绝热反应器R1、第二主甲烷化绝热反应器R2和第三主甲烷化绝热反应器R3的入口温度分别为563K、603K和603Κ，出口温度分别为为833Κ、835Κ和825Κ，干气空速分别为40000 h'30000 IT1和20000h—1。第一副甲烷化反应器R4的入口温度分别为583K，出口温度为730K，干气空速为20000h'第二副甲烷化反应器R5的入口温度分别为573K，出口温度为629K，干气空速为20000h'且回收利用第二副甲烷化反应器R5出口气体的热量后利用循环水把气体冷却到323K以下，分离饱和水，然后进入第三副甲烷化反应器R6继续进行甲烷化反应。第三副甲烷化反应器R6的入口温度分别为513K，出口温度为595K，干气空速为4000 h—1。第三副甲烷化反应器R6出口气体流股23的干基组成(体积分数)为CH4占97.54%，CO2占0.27%，N2占1.15%，H2占1.04%，干基流量为3646Kmol/h，然后脱水得到产品合成天然气。
[0020]实施例4:
本实施例按照图2所示工艺流程进行，先将煤气化后得到的合成气利用耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳，然后该合成气进入超精净化器Tl中进行彻底脱除合成气中的硫、氯、重金属等毒物，得到总硫小于0.02ppm,氯小于0.0lppm,总重金属小于0.0lppm,压力为3.6MPa，流量为lOOOOkmol/h的合成气，合成气的干基组成(体积分数)为H2 63.91%，CO 19.58%，CO2 1.3%，CH4 14.79%, N2 0.42%。合成气分成流股5、流股6、流股7和流股8分别进入第一主甲烷化绝热反应器R1、第二主甲烷化绝热反应器R2、第三主甲烷化绝热反应器R3和第四主甲烷化绝热反应器R4，其中流股5的流量为3000kmol/h、流股6的流量为2450kmol/h、流股7的流量为3000kmol/h和流股8的流量为1550kmol/h。流股4水蒸汽的流量为3000kmol/h，压力为4.5MPa。第一主甲烷化绝热反应器R1、第二主甲烷化绝热反应器R2、第三主甲烷化绝热反应器R3和第四主甲烷化绝热反应器R4的入口温度分别为563K、603K、603Κ和563Κ，出口温度分别为为883Κ、883、881Κ和833Κ，干气空速分别为40000 h'30000 h'30000 IT1和20000 h'第一副甲烷化反应器R4的入口温度分别为583K，出口温度为702K，干气空速为10000 h—1。第二副甲烷化反应器R5的入口温度分别为573K，出口温度为614K，干气空速为12000 h'且回收利用第二副甲烷化反应器R5出口气体的热量后利用循环水把气体冷却到323K以下，分离饱和水，然后进入第三副甲烷化反应器R6继续进行甲烷化反应。第三副甲烷化反应器R6的入口温度分别为513K，出口温度为566K，干气空速为6000 h—1。第三副甲烷化反应器R6出口气体流股23的干基组成(体积分数)为 CH4 占 98.08%, CO2 占 0.16%, N2 占 1.16%, H2 占 0.60%，干基流量为 3630Kmol/h，然后冷却，脱水得到产品合成天然气。
[0021]实施例5:
本实施例按照图3所示工艺流程进行，先将煤气化后得到的合成气利用耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳，然后该合成气进入超精净化器Tl中进行彻底脱除合成气中的硫、氯、重金属等毒物，得到总硫小于0.02ppm,氯小于0.0lppm,总重金属小于0.0lppm,压力为6.0MPa,流量为10000kmOl/h的合成气，合成气的干基组成(体积分数)为H2 63.91%，CO 19.58%，CO2 1.3%，CH4 14.79%, N2 0.42%。合成气分成流股5、流股6、流股7和流股8分别进入第一主甲烷化绝热反应器R1、第二主甲烷化绝热反应器R2、第三主甲烷化绝热反应器R3和第四主甲烷化绝热反应器R4，其中流股5的流量为2300kmol/h、流股6的流量为2450kmol/h、流股7的流量为3000kmol/h和流股8的流量为2250kmol/h。流股4水蒸汽的流量为1500kmol/h，压力为9.8MPa。第一主甲烷化绝热反应器R1、第二主甲烷化绝热反应器R2、第三主甲烷化绝热反应器R3和第四主甲烷化绝热反应器R4的入口温度分别为573K、583K、588Κ和563Κ，出口温度分别为为932Κ、933 Κ、924Κ和898Κ，干气空速分别为20000 h'20000 h'15000 IT1和10000 h'且回收利用第四主甲烷化反应器R4出口气体的热量后利用循环水把气体冷却到323K以下，分离饱和水，然后进入第一副甲烷化反应器R5继续进行甲烷化反应。第一副甲烷化反应器R5采用等温甲烷化反应器，床层温度为603K，干气空速为6000 h'第一副甲烷化反应器R5出口气体流股23的干基组成(体积分数)为 CH4 占 96.05%, CO2 占 0.57%, N2 占 1.14%, H2 占 2.24%，干基流量为 3691Kmol/h，然后脱水得到产品合成天然气。
【权利要求】
1.一种煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤: 将煤造合成气经耐硫变换和低温甲醇洗脱硫脱碳后，合成气进入超精净化器中进行彻底脱除合成气中的硫、氯、重金属毒物，然后合成气分成若干股分别进入主甲烷化主反应器，且用水蒸气对进入第一主甲烷化主反应器的合成气进行稀释，然后依次通过副甲烷化反应器，且在进入末级副甲烷化反应器前将甲烷化后的气体冷却，分离饱和水，再对残余的CO和CO2进行完全甲烷化反应，然后冷却，脱水得到符合要求的合成天然气SNG，或者再进入深冷分离工序进行分离液化，得到液化天然气、富氢气体和富氮气体，其中液化天然气作为产品。
2.根据权利要求1所述的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于:出超精净化器的合成气分成3股或4股。
3.根据权利要求1所述的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于:所述主甲烷化炉入口温度为563K-623K，出口温度为825K-967K，以干气计算的体积空速为10000 ^'-50000 IT1 ;所述最后一个副甲烷化反应器的干气计算的体积空速为4000IT1-8000 h—1，甲烷化炉入口温度为513K-573°C。
4.根据权利要求1所述的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于:进入第一主甲烷化反应器的合成气与水蒸汽的摩尔比是0.48?1.51:1，且水蒸汽压力Pl比甲烷化操作压力P2大0.1MPa以上。
5.根据权利要求1所述的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于:主甲烷化反应器为绝热甲烷化反应器，副甲烷化反应器为绝热或等温甲烷化反应器。
6.根据权利要求1所述的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于:所述甲烷化反应器中的甲烷化催化剂是以镍为主要活性组分的甲烷化催化剂。
7.根据权利要求1所述的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于:在所述工艺过程中，通过废热锅炉和过热器产生中压或是高压蒸汽回收甲烷化反应器出口的高温气体的热量。
8.根据权利要求1所述的煤制合成天然气和液化天然气的无循环甲烷化工艺，其特征在于:若最终产品为液化天然气，则深冷分离液化工序利用精馏塔使富甲烷化气体分成三股，第一股为液化天然气，第二股为富氮气体，第三股为富氢气体，且富氢气体全部返回到第一主甲烷化反应器入口。
【文档编号】C10L3/08GK104357117SQ201410598644
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】张新波, 杨宽辉, 何洋, 马磊, 易竖棚, 郑珩, 陶鹏万 申请人:西南化工研究设计院有限公司