[实用新型]无循环的完全甲烷化集成系统

说明书

本实用新型公开了一种无循环的完全甲烷化集成系统，技术方案包括依次连接的变换单元、耐硫甲烷化反应单元、第一净化单元和多级甲烷化反应单元，还包括有第二净化单元，所述第二净化单元的气体入口与所述变换单元的气体入口连接，所述第二净化单元的气体出口分别经阀门连接多级甲烷化反应单元的每个气体入口。本实用新型系统简单、易于操作、无产品气循环、生产成本低、甲烷浓度高，运行成本低、适用于大规模甲烷化生产。

技术领域

本实用新型涉及一种甲烷化系统。

背景技术

我国的能源结构特点是“富煤、贫油、少气”，而且作为煤炭生产和消费大国，迫切需要找到一种洁净、高效、成本可接受的转化利用方式。经过多年探索和借鉴国内外经验，发展煤制气等煤炭清洁利用方式，既可实现煤炭资源的清洁利用，减少环境污染，也可减轻天然气对国外依存度、保障我国能源安全。

传统的煤制天然气工艺中，粗煤气首先经过变换反应调整氢碳摩尔比在3.0-3.05之间，随后进入甲烷化单元发生甲烷化反应。反应原理如下：

甲烷化反应的特点是强放热，高浓度一氧化碳在绝热反应器中反应产生的绝热温升大，若不采取有效措施，将会导致设备超温和催化剂烧结失活。传统的工艺路线采用部分产品气循环，并与原料气混合后进入高温甲烷化反应器，通过间接稀释原料中一氧化碳浓度来控制反应器出口温度。目前商业化运行的大唐克旗、新疆庆华、内蒙古汇能均采用设置循环回路方法控制反应器出口温度。但设置循环回路后会导致初级高温甲烷化反应器气进料量增大，催化剂装填量和设备投资增大，且进一步限制了装置规模的大型化。同时，该流程还需要增加循环压缩机，设备维护和操作费用加大。国内煤制天然气工艺的相关专利大多也采用循环回路的方法控制高温甲烷化反应器的出口温度(CN201210029444，CN201110268668，CN201510161040.9)，也有采用水蒸气进料稀释等方法设计无循环回路甲烷化工艺的报道(CN201410598644，CN201410631615.4)。但采用水蒸气进料稀释的方案中需要额外补加蒸汽，需蒸汽控制系统，存在大量的惰性水蒸气在反应器中反应，增加系统投资。因此目前为止，没有一个较为完善的技术手段解决上述技术问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种系统简单、易于操作、无产品气循环、甲烷浓度高、适用于大规模生产、运行和投资成本低的的无循环的完全甲烷化集成工艺。

本实用新型无循环的完全甲烷化集成系统，包括依次连接的变换单元、耐硫甲烷化反应单元、第一净化单元和多级甲烷化反应单元，还包括有第二净化单元，所述第二净化单元的气体入口与所述变换单元的气体入口连接，所述第二净化单元的气体出口分别经阀门连接多级甲烷化反应单元的每个气体入口。

所述多级甲烷化反应单元包括串联的多级高温甲烷化反应单元和多级低温甲烷化反应单元。

所述变换单元包括一级变换反应单元和二级变换反应单元。

所述一级变换反应单元和二级变换反应单元的入口处还设有蒸汽补入口。

用于上述系充的工艺为：除油、除尘后的粗煤气分成两股，一股粗煤气经变换、耐硫甲烷化反应和净化后得到甲烷干基含量为 10-20mol％的反应气送入串联的多级甲烷化反应单元进行甲烷化反应得到甲烷浓度大于95mol％的合成天然气；另一股粗煤气经净化后得到净化气，所述净化气再分为多股分别掺入多级甲烷化反应单元的各级入口反应气中，参与后续甲烷化反应。通过分股混入净化气的方法，控制进入第一级甲烷化反应单元入口反应气的氢碳模数比在 16-18，且串联的多级甲烷化反应单元入口反应气的氢碳模数比逐级递减，直至最后一级甲烷化反应单元入口反应气的氢碳模数比为2.6-3.2。

所述下一级甲烷化反应单元入口反应气的氢碳模数比较上一级甲烷化反应单元入口反应气的氢碳模数比减少2-3。