一種合成高品質(zhì)煤制天然氣的甲烷化裝置及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種合成高品質(zhì)煤制天然氣的甲烷化裝置及工藝，具體涉及在以煤或 生物質(zhì)為原料制取合成天然氣的化工技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行工藝操作，以低溫甲醇洗氣體后合成氣 作為原料，并在甲烷化工段后半部分補(bǔ)充低溫甲醇洗閃蒸解析出的潔凈的二氧化碳制取合 成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)內(nèi)天然氣供應(yīng)的缺口正逐年加大，對(duì)外依存度更是呈快速上升之勢(shì)。據(jù)有關(guān)數(shù) 據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，國(guó)內(nèi)天然氣缺口將達(dá)1000億立方米。2011年，中國(guó)天然氣對(duì)外依存度 達(dá)24%，與2010年12. 8%相比，呈成倍增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。這從客觀上加大了對(duì)非常規(guī)天然氣及替 代天然氣的需求力度，除頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)力度加大外，煤制天然氣在國(guó)家"十二五"戰(zhàn)略中也被 寄予厚望。
[0003] 煤制天然氣項(xiàng)目是通過(guò)煤氣化后凈化、耐硫變換、低溫甲醇洗等工序得到H2/CO比 例合適的合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)工段產(chǎn)生合成天然氣。在我國(guó)富煤貧油少氣的現(xiàn)實(shí)情況 下，利用煤制天然氣，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有作用。
[0004] 煤制天然氣的工藝可分為煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)和直接合成天然氣技術(shù)。兩者的區(qū)別 主要在于煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)先將原料煤加壓氣化，由于氣化得到的合成氣達(dá)不到甲烷化的要 求，因此需要經(jīng)過(guò)氣體轉(zhuǎn)換單元提高H2/CO比再進(jìn)行甲烷化（有些工藝將氣體轉(zhuǎn)換單元和 甲烷化單元合并為一個(gè)部分同時(shí)進(jìn)行）。直接合成天然氣技術(shù)則可以直接制得可用的天然 氣。煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)可分為較為傳統(tǒng)的兩步法甲烷化工藝和將氣體轉(zhuǎn)換單元和甲烷化單元 合并為一個(gè)部分同時(shí)進(jìn)行的一步法甲烷化工藝。直接合成天然氣的技術(shù)主要有催化氣化工 藝和加氫氣化工藝。其中催化氣化工藝是一種利用催化劑在加壓流化氣化爐中一步合成煤 基天然氣的技術(shù)。加氫化工藝是將煤粉和氫氣均勻混合后加熱，直接生產(chǎn)富氫氣體。
[0005] 煤制合成氣成分較為復(fù)雜，其中含ch4,co,co2等組分，反應(yīng)流程相對(duì)復(fù)雜。耐硫 變換、低溫甲醇洗等工序在調(diào)節(jié)H2/co比例的時(shí)候都會(huì)存在相當(dāng)程度的滯后，一方面影響產(chǎn) 品的質(zhì)量；另一方面造成碳資源的浪費(fèi)且無(wú)法充分有效的利用合成氣里的氫氣。
[0006] 目前甲烷化工藝存在以下問(wèn)題：
[0007]1、產(chǎn)品氣中氫氣含量偏高，產(chǎn)品氣熱值較低；
[0008] 2、原料氣中氫碳比調(diào)節(jié)手段過(guò)于復(fù)雜，調(diào)節(jié)不靈活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種制取合成天然氣的甲烷化反應(yīng)工藝，其通過(guò)改進(jìn)補(bǔ)充 二氧化碳位置，再結(jié)合循環(huán)氣工藝；通過(guò)分流、冷激和其他手段對(duì)氣體循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)， 流程較常規(guī)補(bǔ)碳甲烷化工藝更加簡(jiǎn)單、甲烷化反應(yīng)器熱負(fù)荷低更易調(diào)節(jié)。
[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為解決目前煤制合成天然氣過(guò)程中，由于氫碳比調(diào)節(jié)困 難，產(chǎn)品氣很難達(dá)到甲烷純度高、熱值高的目標(biāo)，難以生產(chǎn)高品質(zhì)天然氣。通過(guò)改進(jìn)二氧化 碳進(jìn)氣位置，非常容易達(dá)到預(yù)期產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)為后工段分離節(jié)省了投資。具有氫氣利用率 高、產(chǎn)品質(zhì)量好、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、后續(xù)設(shè)備投資少的特點(diǎn)。
[0011] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0012] -種合成高品質(zhì)煤制天然氣的甲烷化裝置，所述甲烷化裝置為多級(jí)循環(huán)外移熱甲 烷化裝置，第1級(jí)為主甲烷化裝置，第2級(jí)以后為輔助甲烷化裝置，所述主甲烷化裝置與輔 助甲烷化裝置相連接，所述主甲烷化裝置與輔助甲烷化裝置之間設(shè)置有循環(huán)氣系統(tǒng)，所述 甲烷化裝置還包括熱回收系統(tǒng)；所述主甲烷化裝置通入原料氣，所述輔助甲烷化裝置通入 二氧化碳。
[0013] 作為優(yōu)選，所述甲烷化裝置為2級(jí)，第1級(jí)為主甲烷化裝置，第2級(jí)為輔助甲烷化 裝置；所述主甲烷化裝置包括2臺(tái)以上的絕熱甲烷化反應(yīng)器，所述輔助甲烷化裝置包括1臺(tái) 以上的絕熱甲烷化反應(yīng)器；所述絕熱甲烷化反應(yīng)器之間串聯(lián)。
[0014] 作為優(yōu)選，所述主甲烷化裝置包括第一絕熱甲烷化反應(yīng)器、第二絕熱甲烷化反應(yīng) 器和第三熱甲烷化反應(yīng)器，所述輔助甲烷化裝置包括絕熱甲烷化反應(yīng)器一和絕熱甲烷化反 應(yīng)器二。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一絕熱甲烷化反應(yīng)器、第二絕熱甲烷化反應(yīng)器和第三熱甲 烷化反應(yīng)器通入原料氣的比例通過(guò)各甲烷化反應(yīng)器出口溫度調(diào)節(jié)。
[0016] -種如上述的裝置合成高品質(zhì)煤制天然氣的甲烷化工藝，其特征在于，包括以下 步驟：
[0017] (1)將原料氣進(jìn)行凈化并進(jìn)行預(yù)處理；
[0018] (2)將步驟（1)處理后的原料氣通入主甲烷化裝置進(jìn)行甲烷化；
[0019] (3)從主甲烷化裝置最后一個(gè)絕熱甲烷化反應(yīng)器出來(lái)的一部分高溫氣體經(jīng)熱回收 系統(tǒng)進(jìn)行熱回收后，經(jīng)循環(huán)氣系統(tǒng)壓縮后與進(jìn)入首個(gè)絕熱甲烷化反應(yīng)器的原料氣混合；另 外一部分高溫氣體經(jīng)熱回收后進(jìn)入輔助甲烷化裝置后與凈化的二氧化碳?xì)怏w混合進(jìn)行輔 助甲烷化反應(yīng)。
[0020] (4)從輔助甲烷化裝置出來(lái)的氣體冷卻分離出水和產(chǎn)品氣。
[0021] 作為優(yōu)選，所述二氧化碳?xì)怏w由低溫甲醇洗解析出，在甲烷化裝置內(nèi)預(yù)熱至甲烷 化催化劑的起活溫度。
[0022] 作為優(yōu)選，所述二氧化碳解析氣預(yù)熱后，將其硫化氫含量降低至20ppb以下再進(jìn) 入輔助甲烷化裝置進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。
[0023] 進(jìn)一步優(yōu)選的，通入輔助甲烷化裝置二氧化碳的量應(yīng)使輔助甲烷化裝置的絕熱甲 烷化反應(yīng)器入口氣體組分（H2-C02V(C0+C02)的比值應(yīng)在3. 00-3. 02的范圍之內(nèi)。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)輔甲烷化工段補(bǔ)碳工藝，可以 降低產(chǎn)品氣中氫氣含量，提高產(chǎn)品氣熱值，得到出口氣體二氧化碳含量低于1 %，氫氣含量 低于2%的高品質(zhì)合成天然氣。較現(xiàn)有補(bǔ)充二氧化碳工藝，本工藝通過(guò)優(yōu)化二氧化碳位置， 方便調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)程中的氫碳比、提高甲烷化反應(yīng)效率、降低主甲烷化工序（高溫甲烷化段） 熱負(fù)荷、優(yōu)化甲烷化工段熱能利用率，同時(shí)降低循環(huán)氣壓縮機(jī)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)能耗。
[0025] 1、較目前煤制合成天然氣工藝，本工藝產(chǎn)品中甲烷含量高、氫氣含量低，產(chǎn)品氣熱 值較高。
[0026] 2、較一般補(bǔ)碳工藝，本工藝易于調(diào)節(jié)且甲烷化反應(yīng)器熱負(fù)荷相對(duì)較低、循環(huán)氣壓 縮機(jī)能耗小。
[0027] 3、由于優(yōu)化了二氧化碳進(jìn)料位置，二氧化碳?jí)嚎s機(jī)投資少；由于產(chǎn)品充甲烷含量 高，后續(xù)產(chǎn)品更易于分離，后續(xù)各工序投資較少。
[0028] 說(shuō)明書(shū)附圖
[0029] 圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1的工藝流程示意圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明中對(duì)比例1的工藝流程示意圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明中對(duì)比例2的工藝流程示意圖；
[0032] 附圖標(biāo)記：1-第一絕熱甲烷化反應(yīng)器，2-第二絕熱甲烷化反應(yīng)器，3-第三熱甲烷 化反應(yīng)器，4-絕熱甲烷化反應(yīng)器一，5-絕熱甲烷化反應(yīng)器二。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面