[發明專利]一種合成氣甲烷化多聯產方法及裝置

有效

• 申請號: 201610230934.3
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105733718B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 蘭榮亮;馬炯;汪根寶;謝東升;李蒙;王靚;龔建華
• 申請（專利權）人: 中石化南京工程有限公司;中石化煉化工程（集團）股份有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 韓正玉;徐冬濤

本發明屬于煤基合成天然氣和工廠廢熱回收利用技術領域，具體涉及一種合成氣甲烷化多聯產方法及裝置。根據“溫度對口、梯級利用”等總能系統理論原則，本發明提出在合成氣甲烷化工藝流程中引入冷熱電多聯產的設計理念，通過在甲烷化工藝裝置中串聯循環工質發電機組、吸收式制冷機組和采暖加熱器，優化設計工藝流程，能夠有效回收利用合成氣甲烷化反應熱，在保證滿足生產工藝要求和輸出高純度甲烷的同時，可以實現發電、制冷和供暖多聯產，并具有系統能量集成效果好、節能降耗顯著、熱量利用效率高等特點。

技術領域

本發明屬于煤基合成天然氣和工廠廢熱回收利用技術領域，具體涉及一種合成氣甲烷化多聯產方法及裝置。

背景技術

我國能源結構特點是“富煤、貧油、少氣”，發展煤制天然氣可以優化能源供給結構，減輕環保壓力和對石油資源的依賴。從長遠來看，開發煤制天然氣工藝并在煤產地建設大型生產裝置對解決我國煤炭資源的綜合利用問題，維護國家能源安全，實現節能減排具有重要意義。冷熱電多聯產是分布式能源的一種，具有節約能源、改善環境，增加電力供應等綜合效益，是城市治理大氣污染和提高能源綜合利用率的必要手段之一，符合國家可持續發展戰略。《中華人民共和國節約能源法》第三十九條指出“國家鼓勵發展熱能梯級利用技術，熱電冷聯產技術，提高熱能綜合利用率”。

合成氣甲烷化工藝是煤制天然氣過程的關鍵技術，甲烷化的主反應是凈化后的合成氣CO、CO₂分別與H₂反應生成CH₄和H₂O，屬于強放熱反應過程。每轉化1％的CO，可產生74℃的絕熱溫升，轉化1％的CO₂，可產生60℃的絕熱溫升。因此，及時移走反應熱、控制反應過程穩定進行、確保催化劑的反應活性和壽命、是甲烷化工藝系統的核心問題。

煤制天然氣甲烷化裝置均是采用多個甲烷化反應爐串聯，分級進行反應，過程的大量反應熱回收是通過設置多臺換熱器，副產中低壓蒸汽、預熱鍋爐給水、加熱脫鹽水和循環水冷卻等方式來實現。目前，成熟的工業技術來源有德國魯奇(Lurgi)公司甲烷化工藝、丹麥托普索(Topsoe)公司TREMP^TM技術和英國戴維(Davy)公司的CRG技術。

近年來，國內一些學者和研究機構對于合成天然氣進行了系列研究，在2011年9月的《節能》中公開了題為“基于Aspen Plus加壓甲烷化工藝流程模擬與研究”的文章，以大唐國際阜新煤制天然氣甲烷化裝置為例進行流程分析，甲烷化反應熱采用廢熱鍋爐副產各等級蒸汽和預熱鍋爐給水和除鹽水、空冷器等方式回收。另外，在公開專利“一種煤基合成氣制備合成天然氣的甲烷化工藝”(CN103509618A)、“一種焦爐氣制合成天然氣的甲烷合成工藝”(CN104099148A)和“一種由煤制取合成天然氣SNG的方法及其工藝裝置”(CN101775319B)等文獻中，合成氣甲烷化過程反應熱主要鍋爐水帶走且用來副產各個等級蒸汽產品，預熱合成氣等，剩余難以回收利用的熱量被循環水冷卻。

以上所述的合成氣甲烷化工藝流程布置均采用多段反應器串聯廢熱鍋爐，通過副產蒸汽回收反應熱，盡管能夠滿足工藝生產上的要求，但其不足之處在于：裝置運行能耗高，熱量利用效率低，副產蒸汽量大，反應熱不能完全用來生產高品位的蒸汽，實際生產中有大量多余蒸汽放空，因此，不能高效回收反應過程熱量，造成能源浪費。

發明內容

本發明的目的在于按照國家節能減排的發展和相關政策要求，針對現有技術存在的不足之處，而提供一種合成氣甲烷化多聯產工藝及系統。根據“溫度對口、梯級利用”等總能系統理論原則，優化和搭建工藝流程，提出在煤化工生產工藝裝置中，通過引入冷熱電多聯產用于回收利用甲烷化過程的大量反應熱，滿足工藝生產要求的同時，實現發電、制冷和供暖多聯供，并具有能量集成效果好、節能降耗顯著、熱量利用效率高等特點。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種合成氣甲烷化多聯產裝置，該裝置包括合成氣加熱器、第一甲烷化爐、第二甲烷化爐、第三甲烷化爐；