CN102923657B - 一种热量可回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种热量可回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法，该方法主要包括非催化部分氧化、高温合成气热量回收和粗合成气洗涤三个单元。气态烃与氧化剂及气化剂按一定比例配比经喷嘴进入气化炉进行非催化部分氧化生产合成气；出气化炉的合成气经废热锅炉回收高温合成气的显热，副产中高压蒸汽，并通过对气态烃、锅炉给水等介质加热进一步回收合成气显热；出合成气热量回收单元的合成气经补水充分润湿后进入水洗塔，经水洗塔进一步除灰后出界区进入下游装置。本方法可用于气态烃生产合成气，工艺流程和设备结构简单，无需催化剂，不受催化剂对温度和硫化物含量的限制。
Description
技术领域
本发明涉及一种含烃物料生产合成气的方法，具体涉及一种带热量回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法。
背景技术
天然气、页岩气、煤层气、油田气、炼厂气、焦炉气、热解气等气态烃以甲烷为主要成分，是重要的基础能源和化工原料。利用气态烃生产合成气（CO+H2）是甲烷转化普遍采用的方法之一，合成气可进而合成氨、甲醇、油品等大宗化学品。
21世纪是能源多元化的时代，大力发展以天然气为主体，多种富甲烷气相结合的化工产业将成为学术界和工业界共同关注的目标。气态烃生产合成气是能源化工中的重要工艺技术。实施气态烃转化制合成气的开发和应用，对提高能源利用效率，促进行业的节能减排和环境保护具有重要意义，表现在：（1）页岩气在世界范围内大量发现和开采技术的日趋成熟，使得天然气化工重新焕发出了新的生命力，应该说，天然气或者页岩气转化技术是国家或者企业的重大战略技术之一；（2）2007年焦炭产量达到3.36亿吨，每年产生焦炉气900亿m3左右，除去回炉煤气加热外，可利用的焦炉气资源量约480亿m3，就热值而言，相当于“西气东输”工程天然气的量，其潜在的经济效益十分巨大。但目前焦炉气的利用率不到20%，这不仅浪费了资源，还造成了严重的环境污染；（3）由于我国煤炭开采技术相对落后，煤层气几乎没有任何利用，全部随煤炭开采过程逸出，不仅浪费资源，也带来了严重的安全隐患。我国煤层气2000米以浅的储量为3.5×1013m3，与我国陆上常规天然气资源量(3.37×1013m3)相当。因此，煤层气是除常规天然气以外，资源量最大、最为现实的洁净能源。
目前国际上气态烃制备合成气的路线主要有三条，一是蒸汽转化串联自热转化法（或称蒸汽转化法，即一段转化+二段转化），典型的有Kellogg工艺、Topsøe工艺、ICI工艺、Lurgi工艺等；二是自热转化，比较典型的是Topsøe工艺；三是非催化部分氧化，主要有Shell技术和GE技术，以及华东理工大学和中国石化宁波技术研究院联合开发的非催化部分氧化技术。
对气态烃非催化部分氧化得到的合成气中H2/CO 体积比接近于2，合成气无需进行变换反应就可以直接进行甲醇合成和F-T合成反应合成油等工艺；该工艺流程和设备结构简单，无需催化剂，不受催化剂对温度和硫化物含量的限制。
气态烃非催化部分氧化技术在高温高压下操作，同时带有高温合成气热量回收装置。国内外已运行装置暴露出了烧嘴寿命短、废热锅炉合成气入口烧蚀严重、合成气中细灰洗涤不干净等问题，企业界期望提出一种性能更优良的带热量回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种带热量回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法，可以通过改变喷嘴结构、废热锅炉合成气入口增加喷水降温调节以及优化合成气的水洗工艺来解决上述问题。具体方案如下：
一种热量可回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法，包括如下步骤：
（1）非催化部分氧化：在0.1～12MPa压力下用气态烃加热器加热到（100～600℃的气态烃与经氧化剂加热器加热到100～300℃的氧化剂以及气化剂按一定比例配比后经喷嘴进入气化炉，在所述气化炉中发生非催化部分氧化反应生产合成气；所述喷嘴为三通道，从内向外进入各通道的分别为所述氧化剂通道、气态烃通道和气化剂通道；所述气态烃：氧化剂：气化剂的体积比为1.00：0.05～0.70：0～0.30；
所述气化炉的工作压力为0.1～12MPa，气化温度为800～1700℃；
（2）高温合成气热量回收：排出所述气化炉的合成气经连接导管进入废热锅炉，所述连接导管上设有给所述合成气降温的喷水降温器；降温后的所述合成气排出所述废热锅炉后通过气态烃加热器、锅炉给水加热器和脱盐水加热器进一步回收合成气显热；
（3）粗合成气洗涤：步骤（2）得到的合成气在混合器中经来自洗涤水循环泵的洗涤水充分润湿后进入水洗塔并在所述水洗塔中进一步除灰后出界区进入下游装置，所述洗涤水循环泵的洗涤水加入所述水洗塔的上层塔板；排出所述水洗塔底部的灰水经洗涤水冷却器进入所述洗涤水循环泵的入口，经洗涤水冷却器的少部分灰水去下游废水处理装置。
所述气化炉的向火面衬里的材料是耐火砖。
所述废热锅炉是水管锅炉或者火管锅炉。
所述气态烃是指天然气、页岩气、油田气、煤层气、炼厂气、焦炉气和热解气中的一种或其混合物。
所述氧化剂是指氧气、空气或者富氧空气，所述气化剂是指水蒸汽、二氧化碳中的一种或二种。
所述烧嘴可采用本申请人中国专利ZL02151143、ZL02151238.8和ZL200920078278.5中的烧嘴结构型式。
所述气化炉的向火面衬里的材料是耐火砖，参见本申请人中国专利ZL200810017479和ZL03115819.6。
为了提高CH4转化率，气化炉一般在高温下操作，但高温可能后烧蚀废热锅炉的合成气入口。设置喷水降温器的目的是对废热锅炉的合成气入口进行保护，使进入废热锅炉高温合成气的温度低于1300℃，避免废热锅炉的合成气入口烧蚀。
水洗塔采用泡罩塔盘，工业应用已证明有非常好的洗涤除灰性能。参见本申请人中国专利ZL200810039551.3和ZL01112700.7。
本发明的方法可用于天然气、页岩气、煤层气、油田气、炼厂气、焦炉气、热解气等气态烃生产合成气，合成中H2/CO 体积比接近于2，适合于甲醇、FT合成油等工艺；工艺流程和设备结构简单，无需催化剂，不受催化剂对温度和硫化物含量的限制。
附图说明
图1 是实施例的热量可回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的工艺流程图。
符号说明
1：压缩机；2：氧化剂加热器；3：喷嘴；4：气化炉；5：喷水降温器；6：连接导管；7：废热锅炉；8：气态烃加热器；9：锅炉给水加热器；10：其它介质（如脱盐水）加热器；11：混合器；12：水洗塔；13：洗涤水冷却器；14：洗涤水循环泵。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不仅限于实施例。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。
参见图1，热量可回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法由非催化部分氧化、高温合成气热量回收和粗合成气洗涤三个单元组成。
通过压缩机1加压、气态烃加热器8加热后的气态烃与经氧化剂加热器2加热后的氧化剂以及气化剂按一定比例配比后经喷嘴3进入气化炉4，在气化炉4中发生非催化部分氧化生产合成气。
出气化炉4的高温合成气经连接导管6进入废热锅炉7，连接导管6上设有高温合成气喷水降温器5。高温合成气在废热锅炉7被冷却，副产物是中高压蒸汽。出废热锅炉7的合成气通过气态烃加热器8、锅炉给水加热器9和其它介质（如脱盐水）加热器10进一步回收合成气显热。
出合成气热量回收单元的粗合成气在混合器11中经来自洗涤水循环泵14的洗涤水混合充分润湿后进入水洗塔12，来自洗涤水循环泵14的洗涤水加入水洗塔12的上层塔板，粗合成气经水洗塔12进一步除灰后出界区进入下游装置，出水洗塔12底部的灰水经洗涤水冷却器13进入洗涤水循环泵14的入口，出洗涤水冷却器的少部分灰水去下游废水处理装置。
实施例1
对某厂天然气制油品装置采用FT合成工艺，要求合成气中H2/CO的体积比约为1.8（约为2均可），带热量回收的气态烃非催化部分氧化制合成气技术非常适宜为FT合成工艺提供原料气。
气化炉压力为3.3MPaG，气化炉采用耐火砖衬里。气化炉炉壳外直径为3.2米，炉膛内直径为2.6米。
喷嘴为三通道，从内向外各通道分别为氧气、天然气、水蒸汽。氧气纯度为99.6%，流量为35232Nm3/h，经氧气加热器加热到220℃后进入喷嘴；天然气的组成列于表1，流量为55554 Nm3/h，经氧气加热器加热到300℃后进入喷嘴；水蒸汽流量为3.2t/h。
喷水降温器通入锅炉水流量为4.8t/h。
水洗塔设置3块塔盘，采用泡罩塔盘。
气化炉出口和水洗塔出口合成气参数列于表2，主要工艺指标列于表3。
。
Claims (5)
1.一种热量可回收的气态烃非催化部分氧化制合成气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）非催化部分氧化：在0.1～12MPa压力下用气态烃加热器加热到（100～600℃的气态烃与经氧化剂加热器加热到100～300℃的氧化剂以及气化剂按一定比例配比后经喷嘴进入气化炉，在所述气化炉中发生非催化部分氧化反应生产合成气；所述喷嘴为三通道，从内向外进入各通道的分别为所述氧化剂通道、气态烃通道和气化剂通道；所述气态烃：氧化剂：气化剂的体积比为1.00：0.05～0.70：0～0.30；
所述气化炉的工作压力为0.1～12MPa，气化温度为800～1700℃；
（2）高温合成气热量回收：排出所述气化炉的合成气经连接导管进入废热锅炉，所述连接导管上设有给所述合成气降温的喷水降温器；降温后的所述合成气排出所述废热锅炉后通过气态烃加热器、锅炉给水加热器和脱盐水加热器进一步回收合成气显热；
（3）粗合成气洗涤：步骤（2）得到的合成气在混合器中经来自洗涤水循环泵的洗涤水充分润湿后进入水洗塔并在所述水洗塔中进一步除灰后出界区进入下游装置，所述洗涤水循环泵的洗涤水加入所述水洗塔的上层塔板；排出所述水洗塔底部的灰水经洗涤水冷却器进入所述洗涤水循环泵的入口，出洗涤水冷却器的少部分灰水去下游废水处理装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉的向火面衬里的材料是耐火砖。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废热锅炉是水管锅炉或者火管锅炉。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态烃是指天然气、页岩气、油田气、煤层气、炼厂气、焦炉气和热解气中的一种或其混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂是指氧气、空气或者富氧空气，所述气化剂是指水蒸汽、二氧化碳中的一种或二种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |