[发明专利]一种合成气甲烷化多联产方法及装置

说明书

本发明属于煤基合成天然气和工厂废热回收利用技术领域，具体涉及一种合成气甲烷化多联产方法及装置。根据“温度对口、梯级利用”等总能系统理论原则，本发明提出在合成气甲烷化工艺流程中引入冷热电多联产的设计理念，通过在甲烷化工艺装置中串联循环工质发电机组、吸收式制冷机组和采暖加热器，优化设计工艺流程，能够有效回收利用合成气甲烷化反应热，在保证满足生产工艺要求和输出高纯度甲烷的同时，可以实现发电、制冷和供暖多联产，并具有系统能量集成效果好、节能降耗显著、热量利用效率高等特点。

技术领域

本发明属于煤基合成天然气和工厂废热回收利用技术领域，具体涉及一种合成气甲烷化多联产方法及装置。

背景技术

我国能源结构特点是“富煤、贫油、少气”，发展煤制天然气可以优化能源供给结构，减轻环保压力和对石油资源的依赖。从长远来看，开发煤制天然气工艺并在煤产地建设大型生产装置对解决我国煤炭资源的综合利用问题，维护国家能源安全，实现节能减排具有重要意义。冷热电多联产是分布式能源的一种，具有节约能源、改善环境，增加电力供应等综合效益，是城市治理大气污染和提高能源综合利用率的必要手段之一，符合国家可持续发展战略。《中华人民共和国节约能源法》第三十九条指出“国家鼓励发展热能梯级利用技术，热电冷联产技术，提高热能综合利用率”。

合成气甲烷化工艺是煤制天然气过程的关键技术，甲烷化的主反应是净化后的合成气CO、CO₂分别与H₂反应生成CH₄和H₂O，属于强放热反应过程。每转化1％的CO，可产生74℃的绝热温升，转化1％的CO₂，可产生60℃的绝热温升。因此，及时移走反应热、控制反应过程稳定进行、确保催化剂的反应活性和寿命、是甲烷化工艺系统的核心问题。

煤制天然气甲烷化装置均是采用多个甲烷化反应炉串联，分级进行反应，过程的大量反应热回收是通过设置多台换热器，副产中低压蒸汽、预热锅炉给水、加热脱盐水和循环水冷却等方式来实现。目前，成熟的工业技术来源有德国鲁奇(Lurgi)公司甲烷化工艺、丹麦托普索(Topsoe)公司TREMP^TM技术和英国戴维(Davy)公司的CRG技术。

近年来，国内一些学者和研究机构对于合成天然气进行了系列研究，在2011年9月的《节能》中公开了题为“基于Aspen Plus加压甲烷化工艺流程模拟与研究”的文章，以大唐国际阜新煤制天然气甲烷化装置为例进行流程分析，甲烷化反应热采用废热锅炉副产各等级蒸汽和预热锅炉给水和除盐水、空冷器等方式回收。另外，在公开专利“一种煤基合成气制备合成天然气的甲烷化工艺”(CN103509618A)、“一种焦炉气制合成天然气的甲烷合成工艺”(CN104099148A)和“一种由煤制取合成天然气SNG的方法及其工艺装置”(CN101775319B)等文献中，合成气甲烷化过程反应热主要锅炉水带走且用来副产各个等级蒸汽产品，预热合成气等，剩余难以回收利用的热量被循环水冷却。

以上所述的合成气甲烷化工艺流程布置均采用多段反应器串联废热锅炉，通过副产蒸汽回收反应热，尽管能够满足工艺生产上的要求，但其不足之处在于：装置运行能耗高，热量利用效率低，副产蒸汽量大，反应热不能完全用来生产高品位的蒸汽，实际生产中有大量多余蒸汽放空，因此，不能高效回收反应过程热量，造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于按照国家节能减排的发展和相关政策要求，针对现有技术存在的不足之处，而提供一种合成气甲烷化多联产工艺及系统。根据“温度对口、梯级利用”等总能系统理论原则，优化和搭建工艺流程，提出在煤化工生产工艺装置中，通过引入冷热电多联产用于回收利用甲烷化过程的大量反应热，满足工艺生产要求的同时，实现发电、制冷和供暖多联供，并具有能量集成效果好、节能降耗显著、热量利用效率高等特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种合成气甲烷化多联产装置，该装置包括合成气加热器、第一甲烷化炉、第二甲烷化炉、第三甲烷化炉；