[發(fā)明專利]采用被動熱交換介質(zhì)的甲烷化方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510086945.4
• 申請日: 2015-02-25
• 公開（公告）號: CN104862024B
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: C·威克斯;L·美達爾
• 申請（專利權(quán)）人: 托普索公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司72003
• 代理人: 張福根,吳小瑛

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及甲烷化方法和甲烷化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由煤經(jīng)氣化反應(yīng)或由焦?fàn)t煤氣以及隨后在一個或多個反應(yīng)器中將制得的合成氣甲烷化以獲得最終產(chǎn)品中足夠高的CH₄含量，可以大規(guī)模制造代用天然氣(SNG)。甲烷化步驟通常在一系列絕熱的固定床反應(yīng)器中進行，其中發(fā)生的主要反應(yīng)是：

CO+H₂O＝CO₂+H₂(1)

CO+3H₂＝CH₄+H₂O(2)

在始于CO₂和H₂的甲烷化的情況下，據(jù)信反應(yīng)的機理首先經(jīng)由逆水煤氣變換(即反應(yīng)(1)的逆反應(yīng))進行，接著是CO甲烷化以形成CH₄，因此總反應(yīng)是：

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O(3)

合成氣的甲烷化是高度放熱的，這導(dǎo)致這些反應(yīng)器中溫度大幅上升。同時，入口溫度必須足夠高以引發(fā)該過程。因此，用于甲烷化的原料合成氣傳統(tǒng)上在脫硫之前使用來自下游反應(yīng)器的熱廢氣通過氣體/氣體熱交換來預(yù)熱。由于甲烷化方法是高度放熱的，產(chǎn)生大量廢熱，一部分處于無法將該廢熱用于制造高壓蒸汽的溫度下。因此，使用低等級熱用于在氣體/氣體熱交換器中預(yù)熱原料合成氣是能量有效的，如US 4,130,575中所示。

由于穿過系統(tǒng)的壓力損失，氣體/氣體原料合成氣預(yù)熱器的泄露(例如管破裂)可能導(dǎo)致原料合成氣進入熱的廢氣并由此繞過硫化單元。此類繞行可能導(dǎo)致下游反應(yīng)器的硫中毒，并導(dǎo)致工藝階段中甲烷化之間不合意的平衡，進而導(dǎo)致較低的原料合成氣總轉(zhuǎn)化率。為了避免這種低效運行的風(fēng)險，已經(jīng)確定，通過諸如水蒸汽或油的流體傳熱介質(zhì)進行的實際上低效的傳熱是有益的，盡管存在附加投資和附加的運行費用。

次級間接熱交換在下文中用于熱交換過程，其中借助具有熱交換介質(zhì)流的熱交換回路傳遞熱量，以使得熱交換器用于將熱量由熱的工藝流傳遞(收集)至熱交換介質(zhì)流，然后在另外的熱交換器中使用熱交換介質(zhì)將熱量傳遞(提供)至冷的工藝流。其中描述了兩個用于熱交換的裝置在次級熱交換回路中通過流體傳熱介質(zhì)熱連接，同時與所述甲烷化階段中反應(yīng)的與生成的氣體流為流體分離，這意味著流體傳熱介質(zhì)不在甲烷化階段中在反應(yīng)中立即發(fā)生，但是不能排除例如將蒸汽輸送至蒸汽渦輪機或進料至汽化器或甲烷化段上游的化學(xué)過程，以使得水或水分子的原子成為進入甲烷化段的進料流的一部分。

術(shù)語“熱交換介質(zhì)”和“流體傳熱介質(zhì)”對用于提供不同元件之間的熱接觸而不提供流體接觸的料流而言可互換使用。

術(shù)語“集熱熱交換器”用于這樣的熱交換器：其中熱交換介質(zhì)接收來自具有比熱交換介質(zhì)更高溫度的工藝氣體的熱能。

術(shù)語“供熱熱交換器”用于這樣的熱交換器：其中熱交換介質(zhì)向具有比熱交換介質(zhì)更低溫度的工藝氣體提供熱能。

術(shù)語“通過流體傳熱介質(zhì)輸出熱量”應(yīng)當(dāng)用于通過流體傳熱介質(zhì)將能量由甲烷化階段傳遞至合成天然氣工廠的另一段或例如在蒸汽渦輪機中傳遞能量。

發(fā)明內(nèi)容

在廣義上，本公開涉及甲烷化系統(tǒng)，其包含保持一定量的甲烷化催化劑的至少一個甲烷化反應(yīng)器，所述反應(yīng)器具有用于富含氫氣和碳氧化物如一氧化碳和/或二氧化碳的進料氣體流的入口，所述反應(yīng)器被進一步配置為引導(dǎo)所述進料氣體與所述甲烷化催化劑接觸，并且其中所述甲烷化反應(yīng)器還包括具有比所述進料氣體更高的溫度的富甲烷氣體流的出口，其中所述甲烷化系統(tǒng)還包含：

熱交換回路，其在所述甲烷化系統(tǒng)中與進料氣體流和富甲烷氣體流為流體分離，所述熱交換回路還包括

集熱裝置，其被配置為在所述甲烷化反應(yīng)器下游冷卻所述富甲烷氣體并加熱流體傳熱介質(zhì)，和

供熱裝置，其被配置為在所述甲烷化反應(yīng)器上游通過冷卻流體傳熱介質(zhì)來加熱所述進料氣體，通過在單獨的熱交換回路中使用流體傳熱介質(zhì)所獲得的相關(guān)益處在于避免了該過程中由進料氣體向富甲烷氣泄露的風(fēng)險。

在其它實施方案中，所述流體傳熱介質(zhì)包含至少90％的選自水蒸氣、熔鹽和油的一種材料，水蒸氣的相關(guān)益處在于是一種容易獲得的具有高熱容量的流體傳熱介質(zhì)。