[实用新型]焦炉气制备合成天然气的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及合成天然气领域，特别涉及一种从焦炉气制备合成天然气的装置。

背景技术

我国是世界焦炭主要的生产地，在2013年的焦炭产量达到4.76亿吨。每生产一吨焦炭能副产400Nm³的焦炉气。除去加热自用及用于城市煤气、生产合成氨或甲醇外，每年有大量的焦炉气被当作废气直接排入大气或白白烧掉，不仅造成能源浪费，还会带来严重的环境污染。

天然气被认为是一种清洁、便捷、安全的优质能源，其主要成分为甲烷(CH₄)被广泛应用于发电、化工、城市燃气等行业，是世界上主要的清洁能源之一。但是我国天然气资源稀缺，天然气产量远不能满足消费的需求，导致天然气的进口逐年大幅增加。因此，人们开始关注利用焦炉气生产天然气，从而弥补天然气的增长需求。

专利CN101580748A中公开了一种焦炉气为原料气，经甲烷化反应制天然气的方法，其特征是采用单段外冷换热式反应器工艺进行焦炉气的甲烷合成过程。由于甲烷化反应是一个高反应速率的强放热反应，该工艺中所述外冷式甲烷化反应器运行不稳地，存在安全隐患。当合成后气体用于生产液化天然气时，单段反应器不能有效的防止原料气组分的波动，造成后工段出现CO₂冻堵问题。

专利CN102329670A中公开了一种焦炉气制备合成天然气的工艺，其采用三段反应器工艺，一二段串并联，三段反应器采用等温或绝热反应器。该工艺较为复杂，设备投资大；二段出口气体需要冷却分水，然后再加热后进入三段反应器，该过程为系统引入了冷热病，增加了系统能耗。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种焦炉气制备合成天然气的简洁工艺。

本实用新型人的设计人出乎意料地发现，通过在焦炉气合成天然气过程中采用二段反应器串联，其中，一段采用绝热式反应器(绝热式甲烷化反应器)，二段采用内换热式反应器(内换热式甲烷化反应器)，压缩净化后的焦炉气与循环气混合后进入一段反应器进行甲烷化反应，反应后气体经热量回收，冷却后分为两部分，一部分作为循环气经循环压缩机压缩后与原料气混合，另一部分直接进入二段反应器继续进行甲烷化反应，能够有效地规避系统冷热病，减少系统能耗，大大提高装置的经济效益，能够以简单的系统有效地制备合成天然气。由此完成了本实用新型。

具体地说，本实用新型提供了一种焦炉气制备合成天然气的简洁工艺，该工艺包括如下步骤：

(A)将作为原料气的焦炉气或压缩净化后的焦炉气与来自循环压缩机的循环气混合，通过温度调节系统调节至230－350℃，优选250－320℃；

(B)调节温度后的混合气进入一段的绝热式反应器进行甲烷化反应；

(C)以上步骤(B)获得的反应后气体进行冷凝分水(优选，还有能量回收)而获得除水的混合气，然后该混合气被分为两部分，其中第一部分的混合气作为循环气经循环压缩机压缩后与作为原料气的焦炉气或压缩净化后的焦炉气混合，第二部分的混合气被直接输送至二段的内换热式反应器中；

(D)进入二段的内换热式反应器中的混合气继续进行甲烷化反应而获得富甲烷气；和

(E)将步骤(D)中甲烷化反应后所得的富甲烷气进行冷凝分水(优选，还有能量回收)，得到合成天然气。

优选的是，在步骤(A)中，作为原料气的焦炉气或压缩净化后的焦炉气与来自循环压缩机的循环气的摩尔比(或在两者等压的情况下按体积比)为0.5～1.5:1，优选0.6～1.4:1，更优选0.7～1.4:1。

优选的是，在步骤(C)中，第一部分的混合气占全部混合气(即第一部分+第二部分)的摩尔比为30～85％，优选40～80％，第二部分气体占全部气体的摩尔比为15～70％，优选20～60％。

在步骤(B)的甲烷化反应中，所述一段的绝热式反应器的入口温度为230～350℃、优选250℃～320℃、更优选260℃～310℃。内部床层热点温度为530～650℃、优选545℃～620℃、更优选560℃～600℃。

优选的是，在步骤(D)的甲烷化反应中，所述二段的内换热式反应器的入口温度(或循环压缩机的入口温度)为95℃～320℃、优选为100℃～305℃、更优选为120℃～290℃。二段反应器的内部床层入口温度为230℃～350℃、优选为250℃～320℃、更优选260℃～310℃。二段反应器的床层热点温度为250℃～450℃、优选265℃～430℃、更优选270～420℃。