[發明專利]一種利用焦爐氣制備SNG或LNG無循環氣的甲烷化工藝

有效

• 申請號: 201310336291.7
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103409187A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 陶鵬萬;邢云;張新波;侯建國;鄭珩;宋鵬飛;何洋;張瑜;劉玉成;王秀林;楊寬輝;高振;曾凌云;王成碩
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院有限公司;中海石油氣電集團有限責任公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰;錢成岑

技術領域

本發明涉及利用焦爐氣制備合成天然氣（SNG）或液化天然氣（LNG）技術中的甲烷化工藝。

背景技術

我國焦炭年生產能力在3億噸之上，每生產1噸焦炭副產焦爐氣400m³左右。除煉焦自用、民用及商用燃料、發電外，每年放散的煤氣超過200億m³之多，既浪費了寶貴的資源，又污染了環境。

利用焦爐氣生產合成天然氣或液化天然氣是近年來一個熱點技術。由于我國天然氣資源短缺，今后隨著對環境要求的提高及城鎮化進展，天然氣需要量越來越大，每年需進口大量的液化天然氣及管道天然氣。不少焦爐氣企業正在利用焦爐氣建設合成天然氣或液化天然氣裝置。在焦爐氣生產合成天然氣的技術中，除了焦爐氣的凈化外，關鍵技術是焦爐氣的甲烷化技術。而如何有效的解決甲烷化過程中強放熱和反應深度之間的矛盾是焦爐氣制天然氣一直以來不斷嘗試去解決的難題。專利“一種利用焦爐氣制備合成天然氣的方法”（專利號ZL?200610021836.5）介紹了利用焦爐氣制備合成天然氣的方法，介紹了為了控制甲烷化反應溫度，用已甲烷化的氣體加壓返回到原料焦爐氣中，稀釋進甲烷化反應器氣體中的CO+CO₂的含量。專利“一種利用焦爐氣制備合成天然氣的甲烷化反應工藝”（專利號ZL?200910058611.0）采用甲烷化后的氣體作為稀釋氣，稀釋焦爐氣中CO+CO₂的含量，為了減少甲烷化反應的循環氣量，降低能耗，采用了多級甲烷化工藝。這兩個專利中，均控制進入甲烷化反應器的CO+CO₂含量≤3.5%，甲烷化后的氣體溫度≤550℃，或稱低溫甲烷化反應。

發明內容

本發明的目的在于：提出一種投資成本更低，在抑制結炭反應的同時，又盡可能地降低能耗、提高反應深度，能夠同時適用于SNG或LNG生產的利用焦爐氣制備SNG或LNG無循環氣的甲烷化工藝。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種利用焦爐氣制備SNG或LNG無循環氣的甲烷化工藝，將焦爐氣分成若干股分別進入若干個串聯的甲烷化主反應器，用副產水蒸氣對進入其中第一甲烷化主反應器的焦爐氣進行稀釋，在最后一個甲烷化主反應器后，將甲烷化后的氣體冷卻，冷凝分離水，再進入一個甲烷化次反應器，對殘余的CO和CO₂進行甲烷化反應，然后送去進行分離或液化，得到SNG或LNG。

本發明方案采用水蒸氣作為進甲烷化反應器焦爐氣的稀釋氣，而不用已甲烷化后的氣體返回作為稀釋氣，也不用其他氣體。由于甲烷化反應工藝中副產蒸汽的壓力大于甲烷化反應壓力，可以直接加入到甲烷化反應器的焦爐氣中，不需要現有技術中的循環氣壓縮機。所述副產水蒸氣是指各甲烷化反應器出口氣換熱降溫副產的水蒸氣。

本發明方案加入水蒸氣作用首先在于：其一，省去循環氣壓縮機，節省了投資，減少了動力消耗；其二，焦爐氣中含有C2以上烴類，對于高溫甲烷化反應，加入水蒸氣可以抑制結炭反應，保護了催化劑。

但是由于甲烷化反應是強放熱反應，溫度越高，對反應越不利，因此本方案加入的水蒸氣同時又起到抑制甲烷化反應從而降低溫度的作用，反應溫度越高，所需的水蒸氣就越多。，但由于水蒸氣本身會抑制甲烷化反應，因此，加入水蒸氣又會降低反應深度。如前所述，這是甲烷化過程中強放熱和反應深度之間的矛盾。另外，由于水蒸氣為高熱物料，加入水蒸氣就增加了反應體系內熱量，最后還必須要冷卻下來，能耗增加，因此為了提高能量利用率，加入水蒸氣量應盡量少，這是甲烷化過程中的第二個矛盾。因此如何保證反應溫度一定的條件下，盡可能減少水蒸氣用量，使能耗降低，是本發明的難點和關鍵點。因此，本發明采取焦爐氣分多股進入甲烷化主反應器，且僅在進第一甲烷化主反應器的焦爐氣中加入水蒸氣，這樣保證反應溫度一定的條件下使蒸汽用量大大減少，提高了甲烷化工藝的能量利用率。且在該特定方案下，將最后一個甲烷化主反應器出口氣體進行冷卻，冷凝分離水后，只需再進入僅一個甲烷化次反應器，即可將殘余的CO和CO₂進一步反應掉，使出口氣體中的CO₂含量降低到50×10^-6以下，滿足對于生產LNG為目標產物的裝置，保證進低溫裝置氣體中的CO₂體積含量小于50×10^-6的要求。而反過來，脫離了前述方案的基礎，就難以僅需一個甲烷化次反應器這樣的最經濟、最優化的方式得到LNG的結果，甚至最終根本無法滿足LNG制備的更高要求。