粗煤氣直接甲烷化的方法和系統的製作方法
2023-05-04 08:25:56 2
粗煤氣直接甲烷化的方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了粗煤氣直接甲烷化的方法和系統，其中，粗煤氣直接甲烷化的方法包括：將粗煤氣進行預熱處理；將經過預熱處理的粗煤氣交替進行甲烷化反應和變換反應，以便得到粗製甲烷；以及將粗製甲烷進行脫硫和脫碳處理，以便得到精製甲烷。根據本發明實施例的粗煤氣直接甲烷化的方法較傳統的工藝流程可以顯著節省設備配置，縮短製備流程，節省能耗，顯著降低成本。
【專利說明】粗煤氣直接甲烷化的方法和系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及甲烷化領域，尤其涉及粗煤氣直接甲烷化的方法和系統。
【背景技術】
[0002] 傳統的粗煤氣制SNG工藝流程，將除塵後的粗煤氣經過變換後，降低溫度至常溫， 經過淨化工藝處理後再升高溫度，再進行甲烷化反應，然後再進行降溫後送到下遊工序；由 於淨化工藝位於變換和甲烷化之間，導致變換氣必須降溫和淨化氣必須升溫，由此需要配 套換熱器、分離器等十餘臺高壓設備以及相應的管道、儀控等，造成流程複雜、投資較高且 能耗較大。
[0003] 因此上述用於製備甲烷的工藝仍存在進一步改進的需求。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的 一個目的在於提出一種更加合理、低投資、低消耗的粗煤氣直接甲烷化的方法和系統。
[0005] 為此，根據本發明的一個方面，本發明提出了一種粗煤氣直接甲烷化的方法。根據 本發明實施例的粗煤氣直接甲烷化的方法包括：
[0006] 將所述粗煤氣進行預熱處理；
[0007] 將經過所述預熱處理的粗煤氣交替進行甲烷化反應和變換反應，以便得到粗製甲 烷；以及
[0008] 將所述粗製甲烷進行脫硫和脫碳處理，以便得到精製甲烷。
[0009] 由此，採用本發明上述實施例的粗煤氣直接甲烷化的方法，粗煤氣無需變換、降 溫、脫硫、脫碳後再進入甲烷化工序，而是直接進行甲烷化反應和變換反應，製備得到甲烷。 由此較傳統的工藝流程可以顯著節省設備配置，縮短製備流程，節省能耗，顯著降低成本。 [0010] 在本發明的一些是實施例中，所述交替進行甲烷化反應和變換反應按照下列步驟 進行：
[0011] 將所述粗煤氣進行預甲烷化反應，以便得到預甲烷化混合氣體；
[0012] 將所述預甲烷化混合氣體進行變換反應，以便得到變換反應混合氣體；
[0013] 將所述變換反應混合氣體進行甲烷化反應，以便得到所述粗製甲烷和蒸汽。
[0014] 由此，本發明的發明人巧妙地利用預甲烷化反應為下一步的變換反應提供反應所 需的水蒸氣，並且進一步地，利用變換反應為下一步地甲烷化反應提供合適的碳氫比，進而 顯者提1?甲燒化反應效率，提1?製備甲燒的廣率。
[0015] 在本發明的一些是實施例中，所述粗煤氣為氣化爐內產生的經過除塵處理的工業 氣體，所述粗煤氣中包含一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷和水蒸汽。本發明的粗煤氣直接甲 烷化的方法對原料氣粗煤氣並沒有特別要求。因此，本發明上述實施例的粗煤氣直接甲烷 化的方法具有更廣的適用性。
[0016] 在本發明的一些是實施例中，所述粗煤氣的溫度為20?280攝氏度。可以用於本 發明的粗煤氣直接甲烷化的方法的原料氣粗煤氣的溫度並不受特別限制，由此可以顯著節 省能耗。
[0017] 在本發明的一些是實施例中，所述甲烷化反應為多級化甲烷化反應。由此可以進 一步提1?甲燒化反應的效率和廣率。
[0018] 在本發明的一些是實施例中，上述粗煤氣直接甲烷化的方法進一步包括：
[0019] 利用所述預甲烷化混合氣體與所述粗煤氣進行換熱，以便預熱所述粗煤氣；
[0020] 利用所述變換反應混合氣體和粗製甲烷分別與補充水進行換熱，以便產出飽和蒸 汽。由此可以進一步提高熱能利用率。
[0021] 根據本發明的第二方面，本發明提出了一種粗煤氣直接甲烷化的系統，包括：
[0022] 粗煤氣預熱器，所述粗煤氣預熱器適於所述粗煤氣的預熱處理；
[0023] 預甲烷化反應器，所述預甲烷化反應器與所述粗煤氣預熱器相連且適於經過所述 預熱處理的粗煤氣進行預甲烷化反應，以便得到預甲烷化混合氣體；
[0024] 氫碳調節器，所述氫碳調節器與所述預甲烷化反應器相連且適於所述預甲烷化混 合氣體進行變換反應，以便得到變換反應混合氣體；
[0025] 甲烷化反應器，所述甲烷反應器與所述氫碳調節器相連且適於所述變換反應混合 氣體進行多級甲烷化反應，以便得到所述粗製甲烷和蒸汽；
[0026] 脫硫脫碳器，所述脫硫脫碳器與所述甲烷化反應器相連且適於所述粗製甲烷進行 脫硫和脫碳處理，以便得到精製甲烷。
[0027] 由此，本發明上述實施例的粗煤氣直接甲烷化的系統結構簡單，流程短，投資少。 並且採用上述粗煤氣直接甲烷化的系統可以有效地製備得到甲烷，同時顯著地降低了成 本。
[0028] 在本發明的一些實施例中，上述粗煤氣直接甲烷化的系統進一步包括：
[0029] 第一廢鍋，所述第一廢鍋與所述氫碳調節器相連且適於對所述變換反應混合氣體 進行降溫處理，以便得到第一飽和蒸汽；
[0030] 第二廢鍋，所述第二廢鍋與所述甲烷化反應器相連且適於對粗製甲烷進行第一降 溫處理，以便得到第二飽和蒸汽；
[0031] 第三廢鍋，所述第三廢鍋與所述第二廢鍋相連且適於對經過所述第一降溫處理的 粗製甲烷進行第二降溫處理，以便得到低壓蒸汽。由此可以充分利用變換反應和甲烷化反 應放出的熱量額外產出飽和蒸汽和低壓蒸汽，提高了系統的熱能利用率，平衡系統能耗。
[0032] 在本發明的一些實施例中，上述粗煤氣直接甲烷化的系統進一步包括：
[0033] 蒸汽過熱器，所述蒸汽過熱器與所述第一廢鍋和所述第二廢鍋相連且適於將所述 第一飽和蒸汽和第二飽和蒸汽轉變為過熱蒸汽。
[0034] 在本發明的一些實施例中，上述粗煤氣直接甲烷化的系統進一步包括：
[0035] 第一冷卻器，所述第一冷卻器與所述第三廢鍋相連且適於對經過所述第二降溫處 理的粗製甲烷進行冷卻處理；
[0036] 第一氣液分離器，所述第一氣液分離器與所述第一冷凝器和脫硫脫碳器相連且適 於對經過所述冷卻處理的粗製甲烷進行氣液分離，以便得到乾燥粗製甲烷。
[0037] 在本發明的一些實施例中，上述粗煤氣直接甲烷化的系統進一步包括：
[0038] 末級預熱器，所述末級預熱器與所述脫硫脫碳器相連且適於對經過脫硫脫碳處理 的粗製甲烷進行預熱；
[0039] 末級甲烷反應器，所述末級甲烷反應器與所述末級預熱器相連且適於經過所述脫 硫脫碳處理的粗製甲烷進行末級甲烷化反應，以便得到精製甲烷。由此可以進一步提高甲 烷產率。
[0040] 在本發明的一些實施例中，上述粗煤氣直接甲烷化的系統進一步包括：
[0041] 第二冷卻器，所述第二冷卻器與所述末級甲烷反應器相連且適於對精製甲烷進行 第二冷卻處理；
[0042] 第二氣液分離器，所述第二氣液分離器與所述第二冷凝器相連且適於對經過所述 第二冷卻處理的精製甲烷進行氣液分離，以便得到乾燥精製甲烷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043] 圖1是根據本發明一個實施例的煤氣直接甲烷化的方法的流程圖。
[0044] 圖2是根據本發明一個實施例的煤氣直接甲烷化的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0046] 此外，術語"第一"、"第二"僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有"第一"、"第二"的特徵可以明示或 者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，"多個"的含義是兩個或兩個以 上，除非另有明確具體的限定。
[0047] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連 接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內 部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情 況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0048] 下面參考圖1描述根據本發明實施例的粗煤氣直接甲烷化的方法。根據本發明的 實施例的粗煤氣直接甲烷化的方法包括：將粗煤氣進行預熱處理；將經過預熱處理的粗煤 氣交替進行甲烷化反應和變換反應，以便得到粗製甲烷；以及將粗製甲烷進行脫硫和脫碳 處理，以便得到精製甲烷。
[0049] 由此，採用本發明上述實施例的粗煤氣直接甲烷化的方法，粗煤氣無需變換、降 溫、脫硫、脫碳後再進入甲烷化工序，而是直接進行甲烷化反應和變換反應，製備得到甲烷。 由此較傳統的工藝流程可以顯著節省設備配置，縮短製備流程，節省能耗，顯著降低成本。
[0050] SlOO :預熱處理
[0051] 根據本發明的具體實施例，首先將粗煤氣進行預熱處理，由此可以進一步提高預 甲烷化反應的效率。
[0052] 根據本發明的具體實施例，粗煤氣為氣化爐內產生的經過除塵處理的工業氣體， 所述粗煤氣中包含一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷和水蒸汽。本發明的粗煤氣直接甲烷化 的方法對原料氣粗煤氣並沒有特別要求。因此，本發明上述實施例的粗煤氣直接甲烷化的 方法具有更廣的適用性。
[0053] 在本發明的一些是實施例中，所述粗煤氣的溫度為20?280攝氏度。可以用於本 發明的粗煤氣直接甲烷化的方法的原料氣粗煤氣的溫度並不受特別限制，由此可以顯著節 省能耗。
[0054] 根據本發明具體實施例的粗煤氣直接甲烷化的方法中，交替進行甲烷化反應和變 換反應具體按照下列步驟進行：預甲烷化反應、變換反應和甲烷化反應。
[0055] S200:預甲烷化反應
[0056] 首先，將粗煤氣進行預甲烷化反應，以便得到預甲烷化混合氣體。根據本發明的具 體實施例，甲烷化主要工藝原理是：一氧化碳或二氧化碳與氫氣在一定的溫度、壓力和催化 劑的作用下發生化學反應，化學反應式為：
【權利要求】
1. 一種粗煤氣直接甲烷化的方法，其特徵在於，包括： 將所述粗煤氣進行預熱處理； 將經過所述預熱處理的粗煤氣交替進行甲烷化反應和變換反應，以便得到粗製甲烷； 以及 將所述粗製甲烷進行脫硫和脫碳處理，以便得到精製甲烷。
2. 根據權利要求1所述的粗煤氣直接甲烷化的方法，其特徵在於，所述交替進行甲烷 化反應和變換反應按照下列步驟進行： 將所述粗煤氣進行預甲烷化反應，以便得到預甲烷化混合氣體； 將所述預甲烷化混合氣體進行變換反應，以便得到變換反應混合氣體； 將所述變換反應混合氣體進行甲烷化反應，以便得到所述粗製甲烷和蒸汽。
3. 根據權利要求1所述的粗煤氣直接甲烷化的方法，其特徵在於，所述粗煤氣為氣化 爐內產生的經過除塵處理的工業氣體，所述粗煤氣中包含一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷 和水蒸汽，所述粗煤氣的溫度為20?280攝氏度。
4. 根據權利要求1所述的粗煤氣直接甲烷化的方法，其特徵在於，所述甲烷化反應為 多級化甲烷化反應。
5. 根據權利要求2所述的粗煤氣直接甲烷化的方法，其特徵在於，進一步包括： 利用所述預甲烷化混合氣體與所述粗煤氣進行換熱，以便預熱所述粗煤氣； 利用所述變換反應混合氣體和粗製甲烷分別與補充水進行換熱，以便產出飽和蒸汽。
6. -種粗煤氣直接甲烷化的系統，其特徵在於，包括： 粗煤氣預熱器，所述粗煤氣預熱器適於所述粗煤氣的預熱處理； 預甲烷化反應器，所述預甲烷化反應器與所述粗煤氣預熱器相連且適於經過所述預熱 處理的粗煤氣進行預甲烷化反應，以便得到預甲烷化混合氣體； 氫碳調節器，所述氫碳調節器與所述預甲烷化反應器相連且適於所述預甲烷化混合氣 體進行變換反應，以便得到變換反應混合氣體； 甲烷化反應器，所述甲烷反應器與所述氫碳調節器相連且適於所述變換反應混合氣體 進行多級甲烷化反應，以便得到所述粗製甲烷和蒸汽； 脫硫脫碳器，所述脫硫脫碳器與所述甲烷化反應器相連且適於所述粗製甲烷進行脫硫 和脫碳處理，以便得到精製甲烷。
7. 根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，進一步包括： 第一廢鍋，所述第一廢鍋與所述氫碳調節器相連且適於對所述變換反應混合氣體進行 降溫處理，以便得到第一飽和蒸汽； 第二廢鍋，所述第二廢鍋與所述甲烷化反應器相連且適於對粗製甲烷進行第一降溫處 理，以便得到第二飽和蒸汽； 第三廢鍋，所述第三廢鍋與所述第二廢鍋相連且適於對經過所述第一降溫處理的粗製 甲烷進行第二降溫處理，以便得到低壓蒸汽； 蒸汽過熱器，所述蒸汽過熱器與所述第一廢鍋和所述第二廢鍋相連且適於將所述第一 飽和蒸汽和第二飽和蒸汽轉變為過熱蒸汽。
8. 根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，進一步包括： 第一冷卻器，所述第一冷卻器與所述第三廢鍋相連且適於對經過所述第二降溫處理的 粗製甲烷進行冷卻處理； 第一氣液分離器，所述第一氣液分離器與所述第一冷凝器和脫硫脫碳器相連且適於對 經過所述冷卻處理的粗製甲烷進行氣液分離，以便得到乾燥粗製甲烷。
9. 根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，進一步包括： 末級預熱器，所述末級預熱器與所述脫硫脫碳器相連且適於對經過脫硫脫碳處理的粗 制甲烷進行預熱； 末級甲烷反應器，所述末級甲烷反應器與所述末級預熱器相連且適於經過所述脫硫脫 碳處理的粗製甲烷進行末級甲烷化反應，以便得到精製甲烷。
10. 根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，進一步包括： 第二冷卻器，所述第二冷卻器與所述末級甲烷反應器相連且適於對精製甲烷進行第二 冷卻處理； 第二氣液分離器，所述第二氣液分離器與所述第二冷凝器相連且適於對經過所述第二 冷卻處理的精製甲烷進行氣液分離，以便得到乾燥精製甲烷。
【文檔編號】C10L3/08GK104388139SQ201410631615
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】劉斌, 周懷祖, 張滋生, 崔海俊, 孫永才, 李錕, 楊守青, 吳龍, 周琦, 劉紅豔, 李冬陽 申請人:上海鑫興化工科技有限公司