[發明專利]一種無循環甲烷化工藝中能量的優化利用系統及方法

在審

• 申請號: 201711437405.1
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN107903968A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 任楠楠;陳兆文;陳書成
• 申請（專利權）人: 北京華福工程有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;B01J19/24;B01J19/00;B01J8/00;C07C1/04;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種甲烷化工藝，尤其涉及一種無循環甲烷化工藝中能量的優化利用系統及方法。

背景技術

甲烷化工藝是指合成氣中CO、CO₂和H₂在一定的溫度、壓力及催化劑的作用下，發生甲烷化反應生成甲烷的過程。該反應為強放熱反應(強放熱反應通常是指焓值大于200kJ/mol的反應)，在通常的合成氣體組份下，每一個百分點的CO甲烷化可產生74℃的絕熱溫升，每一個百分點的CO₂甲烷化可產生60℃的絕熱溫升。受到反應平衡及催化劑性能的限制，在甲烷化工藝中，通常通過設置多級串聯的反應器來實現合成氣的完全甲烷化。根據反應器內原料氣消耗量的不同，甲烷化工藝又包括配氣甲烷化(或大量甲烷化)和補充甲烷化(或完全甲烷化)兩階段。大部分甲烷在第一階段(通常分為2～4級)生成，第二階段主要是為了實現合成氣的完全甲烷化，通過逐級(通常分為2～3級)平衡降溫來實現。在配氣甲烷化階段，由于反應器內反應消耗的原料氣量大，反應溫升劇烈，反應器內部溫度高，一般可達500～700℃。因而工業化的甲烷化反應器多通過設置耐火襯里來降低反應器的金屬壁溫，同時，為了減小耐火襯里的厚度，反應器的外壁裸露在環境中以強化散熱。這不僅增加了設備投資、增大了耐火襯里損壞時可能造成的安全風險、增大了反應器外壁存在的燙傷風險，也降低了系統的能量利用率。

同時，配氣甲烷化階段反應器的出口溫度高，下游多通過設置廢熱鍋爐的形式來降低工藝氣體的溫度，當廢熱鍋爐副產蒸汽的壓力等級較高時，由于蒸汽溫度高，廢熱鍋爐兩側的傳熱溫差減小，廢熱鍋爐出口工藝氣體溫度較高，此時若直接進入下一級反應器，則下一級反應器中CO或H₂單程轉化率會有所降低，對甲烷化反應不利。因而應設計合理的工藝流程來降低反應器入口的工藝氣溫度。

在甲烷化工藝中，配氣甲烷化階段隨反應的進行會產生大量的水，而水含量過大會對甲烷化反應的正向進行起到抑制作用，因而在配氣甲烷化階段反應結束后，會將工藝氣體的溫度降低至100℃以下，以分離掉工藝氣體中含有的大量水分。在補充甲烷化階段，隨反應的進行也會產生一定量的水分，而合成天然氣產品中對水含量也有嚴格的要求，一般需要將工藝氣體的溫度降低至50℃以下，以初步除去氣體中含有的水分。在配氣甲烷化階段及補充甲烷化階段的工藝氣降溫過程中，當工藝氣溫度降低至140℃～180℃左右時，工藝氣體中仍然攜帶大量的低品位熱量，而該部分熱量往往由于品位低，利用難度大，最終在較高的溫度下通過循環水冷卻至所需溫度。這不僅造成了能量的浪費，而且降低了企業的經濟效益。

發明內容

本發明的目的是提供一種無循環甲烷化工藝中能量的優化利用系統及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的無循環甲烷化工藝中能量的優化利用系統，包括配氣甲烷化階段和補充甲烷化階段，所述配氣甲烷化階段設有多級反應器，所述補充甲烷化階段設有一級或多級反應器；

所述配氣甲烷化階段的各級反應器外部設有反應器冷卻夾套，所述配氣甲烷化階段的各級反應器的進口管線上設有富CO氣冷激管線，所述配氣甲烷化階段的末端及補充甲烷化階段的末端分別設有熱泵，所述配氣甲烷化階段除第一級反應器之外的各級反應器進口的上游分別設有反應器入口換熱器，所述補充甲烷化階段除第一級反應器之外的其它反應器進口的上游分別設有反應器入口換熱器。

本發明的無循環甲烷化工藝中能量的優化利用系統實現無循環甲烷化工藝中能量的優化利用方法，包括：

所述反應器冷卻夾套采用脫鹽水、鍋爐水或其它液體作為冷卻介質，換熱后的冷卻介質以熱液體或蒸汽的形式輸出；

所述反應器入口換熱器通過加熱原料富H₂氣、鍋爐水或蒸汽等實現降低反應器進口溫度；

所述配氣甲烷化階段的熱泵與補充甲烷化階段的熱泵上游的預熱器用于初步預熱原料富H₂氣、原料富CO氣或脫鹽水等。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的無循環甲烷化工藝中能量的優化利用系統及方法，通過設置反應器冷卻夾套的技術來降低反應器的外壁溫度及反應器耐火襯里的厚度，通過在反應器入口設置富CO氣冷激管線或反應器入口換熱器的技術來降低反應器的入口溫度，通過熱泵技術充分利用無循環甲烷化工藝中的低品位熱量來副產較高品位的蒸汽。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的無循環甲烷化工藝中能量的優化利用系統的結構示意圖。

圖標：