CN102827656A - 一种碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，主要设备包括一段反应器、二段反应器、三段反应器、中压蒸汽废热锅炉、循环气压缩机等。该方法将经过预处理后的工业碳氢尾气，先后分三段进入甲烷化反应器，同时分三段通过废热锅炉进行余热回收，最后合成高热值的代用天然气。本发明为富含碳氢的工业尾气提供了一种综合利用的途径，实现了循环经济理念，无论是经济效益还是社会效益、环境效益都有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于工业尾气的综合利用技术领域，特别是涉及了一种以富含碳氢工业尾气为原料气合成代用天然气的甲烷化方法。
背景技术
我国每年每排放大量的焦炉煤气、电石炉尾气、兰炭尾气等富含碳氢的工业尾气，不仅造成资源浪费，而且对环境造成巨大污染。采用上述碳氢工业尾气为基本原料气，经过深度净化和组分调节，就可作为优质的燃料气和化工原料气。因此,利用富含碳氢尾气等生产代用天然气,无论是经济效益还是社会效益、环境效益都有重要意义。
本发明旨在开发以碳氢工业尾气为原料合成代用天然气的甲烷化方法，为增加天然气供应、满足我国对天然气快速增长的需求找到了一条简便经济的工艺技术路线，也为碳氢工业尾气的资源化利用开辟了新的途径。具有明显的竞争优势：
（1）以丰富廉价的碳氢工业尾气为原料生产天然气，生产成本低，具有较大的利润空间和抗价格风险能力；
（2）利用碳氢工业尾气资源，采用先进、成熟的工艺技术合成代用天然气，符合国家能源发展战略，对于实现煤炭资源的清洁和高效利用有着非常重要的促进作用；
（3）利用碳氢工业尾气合成代用天然气工艺流程简单，技术成熟、可靠，消耗低，无需设置空分装置和变换工段，投资省；
（4）碳氢工业尾气合成代用天然气可以在较低的压力下进行，与生产甲醇、二甲醚相比，省去了多个环节；与合成油相比，省去的装置更多；
（5）单位热值投资成本低，总热效率高。转化率和选择性高，一氧化碳和氢气的转化率可接近95%；
（6）碳氢工业尾气合成代用天然气废热利用率高，合成代用天然气废热副产的 过热蒸汽可以用于本装置透平循环机和空压机，能产生较好的经济效益。
发明内容
本发明的目的提供了一种以富含碳氢工业尾气为原料气，通过甲烷化反应合成代用天然气。
本发明采用以下技术方案：
一种碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，经脱硫净化的原料工业尾气温度送进入一段反应器，在催化剂的作用下进行CO和H2之间甲烷化反应，控制合成气的停留时间，使得CO反应50%，合成气温度上升至600-650℃后，出一段反应器，先后进入蒸汽过热器和一段废热锅炉，合成气温度降至250-300℃后，再进入二段反应器，同样控制合成气的停留时间，将CO全部基本反应掉，合成气温度上升至450-500℃后，出二段反应器，进入二段废热锅炉，合成气温度降至250-300℃后，进入三段反应器，在催化剂的作用下，进行CO2和H2之间甲烷化反应，将CO2全部反应完全，温度上升至350-400℃，出三段反应器，进入三段废热锅炉，温度降至250-300℃后，再先后进入锅炉给水预热器，脱盐水预热器，温度降至80℃左右，最后用循环水冷却至常温，进入气液分离器，脱除产品气中的冷凝液，送至界外。
所述的一段反应器的进口合成气温度为260-320℃，压力为2.5MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为600-650℃，压力为2.48MPa.G，一段反应器的空速为1000-1500h-1，蒸汽过热器进口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽，出口温度为450℃，一段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
所述的二段反应器的进口合成气温度为250-300℃，压力为2.45MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为450-500℃，压力为2.43MPa.G，二段反应器的空速为1000-1500h-1，二段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
所述的三段反应器的进口合成气温度为250-300℃，压力为2.41MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为400-450℃，压力为2.4MPa.G，二段反应器的空速为1000-1500h-1，三段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
所述的一段反应器的甲烷化反应的热点温度为650-700℃；所述的二段反应器的甲烷化反应的热点温度为550-600℃；所述的三段反应器的甲烷化反应的热点温度为450-500℃。
所述的催化剂的升温是在车状态下，系统以氮气吹扫置换后开始。催化剂干燥用氮气升温，升温速率为20-30℃/小时，升至120℃恒温4小时，恒温后继续以20-30℃/小时的速度升至250℃，250℃恒温2小时后切换氢气，继续恒温4小时，以20-30℃/小时的速度升温至350℃，恒温4小时，以20-30℃/小时的速度升温至400℃，恒温8-12小时，还原结束。
所述的催化剂还原的最终温度应大于400℃，还原气体的循环采用循环用风机，三段甲烷化催化剂的还原应可单独进行或串联进行。
本发明的有益成果是：
1、本发明为富含碳氢的工业尾气提供了一种综合利用的途径，实现了循环经济理念，无论是经济效益还是社会效益、环境效益都有重要意义。
2、本甲烷化方法采用一次性气体通过，不需要合成气循环，节约能量，减少反应器尺寸。
附图说明
图1为碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法的处理工艺图，其中主要设备包括：1、一段反应器；2、二段反应器；3、三段反应器；4、一段废热锅炉；5、二段废热锅炉；6、三段废热锅炉；7、过热器；8、锅炉给水预热器；9、换热器；10、开工压缩机；11、开工加热器；12、气液分离器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例
将经脱硫净化的原料工业尾气送进入一段反应器，在催化剂的作用下进行CO和H2之间甲烷化反应，控制合成气的停留时间，使得CO反应50%，合成气温度上升至650℃后，出一段反应器，先后进入蒸汽过热器和一段废热锅炉，合成气温度降至300℃后，再进入二段反应器，同样控制合成气的停留时间，将CO全部基本反应掉，合成气温度上升至500℃后，出二段反应器，进入二段废热锅炉，合成气温度降至250℃后，进入三段反应器，在催化剂的作用下，进行CO2和H2之间甲烷化反应，将CO2全部反应完全，温度上升至400℃，出三段反应器，进入三段废热锅炉，温度降至250℃后，再先后进入锅炉给水预热器，脱盐水预热器，温度降至80℃左右，最后用循环水冷却至常温，进入气液分离器，脱除产品气中的冷凝液，送至界外。
一段反应器的进口合成气温度为260℃，压力为2.5MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为600℃，压力为2.48MPa.G，一段反应器空速为1200 h-1，蒸汽过热器进口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽，出口温度为450℃，一段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
二段反应器的进口合成气温度为280℃，压力为2.45MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为500℃，压力为2.43MPa.G，二段反应器的空速为1000 h-1，二段废热锅炉出蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
三段反应器的进口合成气温度为300℃，压力为2.41MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为450℃，压力为2.4MPa.G，二段反应器的空速为1500 h-1，三段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
一段反应器的甲烷化反应的热点温度为650℃；二段反应器的甲烷化反应的热点温度为600℃，三段反应器的甲烷化反应的热点温度为500℃。
所述的催化剂的升温是在车状态下，系统以氮气吹扫置换后开始。催化剂干燥用氮气升温，升温速率为20℃/小时，升至120℃恒温4小时，恒温后继续以20℃/小时的速度升至250℃，250℃恒温2小时后切换氢气，继续恒温4小时，以20℃/小时的速度升温至350℃，恒温4小时，以20℃/小时的速度升温至400℃，恒温8-12小时，还原结束。
Claims (7)
1.一种碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，将经脱硫净化的原料工业尾气温度送进入一段反应器，在催化剂的作用下进行CO和H2之间甲烷化反应，控制合成气的停留时间，使得CO反应50%，合成气温度上升至600-650℃后，出一段反应器，先后进入蒸汽过热器和一段废热锅炉，合成气温度降至250-300℃后，再进入二段反应器，同样控制合成气的停留时间，将CO全部基本反应掉，合成气温度上升至450-500℃后，出二段反应器，进入二段废热锅炉，合成气温度降至250-300℃后，进入三段反应器，在催化剂的作用下，进行CO2和H2之间甲烷化反应，将CO2全部反应完全，温度上升至350-400℃，出三段反应器，进入三段废热锅炉，温度降至250-300℃后，再先后进入锅炉给水预热器，脱盐水预热器，温度降至80℃左右，最后用循环水冷却至常温，进入气液分离器，脱除产品气中的冷凝液，送至界外。
2.根据权利要求1所述的碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，所述的一段反应器的进口合成气温度为260-320℃，压力为2.5MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为600-650℃，压力为2.48MPa.G，一段反应器的空速为1000-1500h-1，蒸汽过热器进口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽，出口温度为450℃，一段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
3.根据权利要求1所述的碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，所述的二段反应器的进口合成气温度为250-300℃，压力为2.45MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为450-500℃，压力为2.43MPa.G，二段反应器的空速为1000-1500h-1，二段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
4.根据权利要求1所述的碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，所述的三段反应器的进口合成气温度为250-300℃，压力为2.41MPa.G，一段反应器合成气的出口温度为400-450℃，压力为2.4MPa.G，二段反应器的空速为1000-1500h-1，三段废热锅炉出口蒸汽为3.82MPa.G饱和蒸汽。
5.根据权利要求1所述的碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，所述的一段反应器的甲烷化反应的热点温度为650-700℃；所述的二段反应器的甲烷化反应的热点温度为550-600℃；所述的三段反应器的甲烷化反应的热点温度为450-500℃。
6.根据权利要求1所述的碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，所述的催化剂的升温是在车状态下，系统以氮气吹扫置换后开始；催化剂干燥用氮气升温，升温速率为20-30℃/小时，升至120℃恒温4小时，恒温后继续以20-30℃/小时的速度升至250℃，250℃恒温2小时后切换氢气，继续恒温4小时，以20-30℃/小时的速度升温至350℃，恒温4小时，以20-30℃/小时的速度升温至400℃，恒温8-12小时，还原结束。
7.根据权利要求6所述的碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法，其特征在于，所述的催化剂还原的最终温度应大于400℃，还原气体的循环采用循环用风机，三段甲烷化催化剂的还原应可单独进行或串联进行。
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