[发明专利]一种合成气单次通过制天然气的节能装置及工艺

说明书

本发明涉及一种合成气单次通过制天然气的节能装置及工艺，通过对原料气先脱除含硫组分，使含CO₂的原料气与来自脱CO₂装置的甲烷解吸气混合后，共同参与甲烷化反应，以达到控制甲烷化反应器反应温升的目的，最后再脱除粗SNG产品气中的CO₂，获得合格的SNG产品气。与现有技术相比，本发明避免了在甲烷化装置使用高温循环气压缩机，不但降低了设备投资和过程能耗，而且简化了工艺流程，使系统易于操控，并提高了操作安全性。

技术领域

本发明涉及合成天然气技术领域，具体涉及一种合成气单次通过制天然气的节能装置及工艺。

背景技术

天然气是一种使用安全、热值高的清洁能源，广泛应用于发电、化工、城市燃气、汽车燃料等行业，是世界上主要的清洁能源之一。目前，在国内天然气供应紧张和天然气价格连续上涨情况下，国内许多公司将目光转向煤制天然气的项目。我国的能源结构是“缺油、少气、富煤”，煤炭资源相对丰富。因此，根据我国的能源结构特点，积极发展煤制合成天然气(SNG)，不仅可以满足国内日益增长的市场需求，而且对于保障我国的能源安全，意义重大。

现有煤制合成天然气项目的流程如图1所示，自煤气化单元的合成气，经变换热回收单元调整好碳氢比后，进入气体净化单元，以脱除合成气中的H₂S等硫化物以及绝大部分CO₂气体，经过气体净化后的合成气，进入甲烷化单元，发生甲烷化反应，制得合成天然气(SNG)产品。合成气甲烷化反应是CO与H₂、CO₂与H₂在一定温度、压力和催化剂存在条件下发生的强放热反应。通常，每1个百分点的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升；每1个百分点的CO₂甲烷化可产生60℃的绝热温升。因此，如何有效的控制甲烷化反应的放热，防止高温烧坏催化剂和损坏反应器，是甲烷化工艺的一个很关键的问题。目前，已有工业化应用的甲烷化技术主要有：德国Lurgi公司的甲烷化工艺、英国Davy公司的CRG工艺、丹麦托普索公司的TREMP工艺。上述几家甲烷化工艺，均采用将第一级甲烷化或后续甲烷化反应器出口的很大一部分产品气，通过压缩机加压后，循环至第一级甲烷化反应器入口，通过产品气循环来稀释原料气，以达到控制第一级甲烷化反应器反应温升的目的。现有的产品气循环工艺存在以下缺点和不足：

(1)采用循环气压缩机，增加了设备投资和过程能耗；

(2)采用循环气压缩机，增加了过程操作和控制难度；

(3)循环气压缩机一旦发生故障，主甲烷化反应器极易发生飞温失控，增加了甲烷化过程的安全隐患。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种投资少、易于控制、能耗低的合成气单次通过制天然气的节能装置及工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种合成气单次通过制天然气的节能装置，所述的装置包括脱硫装置、N个甲烷化反应器、2个气液分离罐以及脱CO₂装置，其中：

(Ⅰ)所述脱硫装置与所述煤气化装置的合成气出口连接；

(Ⅱ)脱硫装置的出口通过预热器与第一甲烷化反应器顶部连接；

(Ⅲ)第一甲烷化反应器到第N-1甲烷化反应器依次连接，前一甲烷化反应器的底部经过余热回收器后连接后一甲烷化反应器的顶部；

(Ⅳ)第N-1甲烷化反应器的底部经过余热回收器后连接第一气液分离罐，第一气液分离罐的顶部经过换热器后连接第N甲烷化反应器的顶部，第一气液分离罐的底部连接工艺凝液输送总管；

(Ⅴ)第N甲烷化反应器的底部依次经过换热器和冷却器后，连接第二气液分离罐，第二气液分离罐的顶部连接所述的脱CO₂装置，第二气液分离罐的底部连接工艺凝液输送总管；