一种煤和焦炉气联供制天然气的系统及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于能源与化工技术领域，具体涉及一种煤和焦炉气联供制天然气的系统 及工艺。
【背景技术】
[0002] 中国的资源禀赋特点是"富煤、贫油、少气"，是一个以煤炭为主要能源的国家。虽 然天然气消费在基础能源消费中所占比例仍然低于5%，但是天然气的消费量呈逐步上升 趋势，过去10年天然气消费的平均增速为16%，其中2012年天然气消费量为1295亿m3， 比2011年增加9. 9%。"十二五"期间，天然气在基础能源消费结构中所占比例将由目前的 4. 4%提高到7. 5%。到2015年，我国天然气需求量预计将达到2500多亿m3,而届时我国 天然气产量只有约1500亿m3,加上页岩气产量65亿m3,届时我国天然气将出现巨大的供需 矛盾。
[0003] 基于我国国情以及国家产业政策的鼓励，国内很多企业开始考虑发展煤制天然气 (SNG)项目。我国"十二五"期间的新型煤化工发展目标预计，到2015年，我国SNG产能最 高约为300亿m3/年。我国已将SNG项目确定为石化"十二五"规划的重点发展项目，并将 其作为工业示范项目列入《石化产业调整和振兴规划》。截止到2013年，中央政府已经批 准10个SNG项目，总产能为671亿m3/年，其中最小产能为16亿m3/年，最大产能为300亿 m3/年，产能都将超过美国大平原SNG项目15亿m3/年的产能。在10个获批的SNG项目的 基础上，我国企业还计划投资更多的SNG项目，据不完全统计，在2012有超过30家企业准 备投资SNG项目，总产能超过1200亿m3/年。仅在新疆一省，就计划建设20个SNG项目， 产能达770亿m3/a。中石化计划投资140亿修建总长6000km的天然气运输管道，每年将从 新疆输送300亿m3的天然气到我国东南地区。显然，我国拟建SNG项目的总产能将远超我 国的供需缺口，因此我国需要综合考虑各方因素，合理规划SNG项目，解决我国的天然气供 需矛盾和能源安全问题。
[0004] 虽然目前的煤制天然气工艺具有技术成熟、生产成本低等优势，但仍然存在一些 不足：首先，由于我国煤制天然气工艺中的煤气化过程主要采用鲁奇（Lurgi)煤气化技术， 这种煤气化技术会产生大量的含酚废水，这些废水非常难处理，往往对周边环境造成一定 影响。其次，由于鲁奇气化炉产生的合成气的氢碳比不能满足甲烷化的要求，因此需要水煤 变换来提高氢碳比，但水煤变换过程会浪费热值较高的C0,而产生大量的C02，对环境造成 影响，降低了碳元素利用效率。
[0005] 焦炉气是焦炭生产过程中煤炭干馏后产生的气副产体，主要组成包括H2(55~ 60% )，CH4(23 ~27% )，C0(5 ~8% )，N2(3 ~6% )，C02(〈2% )以及一些烃类。中国每 年的焦炉气产量约为350亿标准立方米，然而，除20%被作为燃料直接燃烧外，大部分焦炉 气被直接排放进入大气，浪费了大量的资源。
【发明内容】
[0006] 针对目前煤制合成天然气过程存在的缺点，本发明的首要目的在于提供一种煤和 焦炉气联供制天然气的系统，该系统有助于降低煤制天然气过程的C02和污水排放，提高资 源能源利用效率。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种利用上述系统制备天然气的工艺。
[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0009] -种煤和焦炉气联供制天然气的系统，所述系统包括煤气化单元、酸性气体脱除 单元、甲烷化单元和焦炉气净化单元，煤气化单元与酸性气体脱除单元依次连接，焦炉气净 化单元与酸性气体脱除单元并联后同时接入甲烷化单元。
[0010] 优选的，所述煤气化单元设有煤粉原料入口、水蒸气入口、氧气入口、二氧化碳入 口以及粗合成气出口；所述酸性气体脱除单元设有粗合成气入口、净合成气出口、硫化物出 口以及二氧化碳出口；所述甲烷化单元设有甲烷合成气入口及甲烷产品出口；所述焦炉气 净化单元设有粗焦炉气进口、焦炉气出口以及杂质出口；
[0011] 其中，所述酸性气体脱除单元的二氧化碳出口分开两条管道，其中一条管道连接 所述煤气化单元的二氧化碳入口，另一条为排空管道；所述焦炉气净化单元的焦炉气出口 与所述酸性气体脱除单元的净合成气出口通过管道连接后，与所述甲烷化单元的甲烷合成 气入口相连接。
[0012] 一种采用上述煤和焦炉气联供制天然气的系统制备天然气的工艺，包括如下步 骤：原煤经研磨成煤粉后，与水蒸气、氧气进入煤气化单元进行煤气化反应，制得煤气化粗 合成气，煤气化粗合成气进入酸性气体脱除单元，将其中的二氧化碳和硫化物脱除，得到煤 气化合成气，经脱除的硫化物排出系统，二氧化碳分成一部分回用二氧化碳经管道循环回 煤气化单元参与气化反应，另一部分剩余二氧化碳排出系统外；粗焦炉气经焦炉气净化单 元脱除杂质后，得到洁净焦炉气，洁净焦炉气与净化后的煤气化合成气经混合后，得到甲烷 化合成气，甲烷化合成气进入甲烷化单元进行甲烷化反应并经提纯后，得到合成天然气产 品。
[0013] 优选的，所述粗焦炉气按热值折合成标准煤后与所述原煤的进料质量比为2. 7~ 2.8 ： 1 〇
[0014] 优选的，所述煤气化单元进行煤气化反应的温度为1360~1400°C，压力为3. 2~ 3. 4Mpa〇
[0015] 优选的，所述煤气化粗合成气的氢碳比为0. 5~1。
[0016] 优选的，所述粗焦炉气的组成包括55%~60% (体积分数）的4和20%~27% (体积分数）的ch4。
[0017] 优选的，所述甲烷化合成气的氢碳比为3. 05~3. 3。
[0018] 优选的，所述回用二氧化碳约占二氧化碳总体积的25%~35%。
[0019] 优选的，所述甲烷化单元进行甲烷化反应的温度为640~670 °C，压力 为-45 ~-55KPa。
[0020] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0021] (1)本发明所述系统及工艺通过煤和焦炉气的元素互补利用，实现了对煤炭资源 的有效利用，避免了组分调整操作造成的有效元素浪费和能耗代价。现有煤制合成天然气 工艺中产生的co2在本发明中得到回收利用，同时，由于取消了目前煤制天然气过程的水煤 变换单元，避免了组分调整所产生的二氧化碳，相比，本发明的单位天然气产品所产生的二 氧化碳仅为目前煤制天然气过程的4%。与此同时，本发明所述系统及工艺的碳元素利用率 达到75%以上，系统能量效率高达52%以上，相比目前煤制天然气过程分别提高了 45%和
[0022] (2)相比现有的煤制天然气过程，本发明所述系统减去了水煤气变换单元，对于相 同生产规模的现有煤制合成天然气工艺，本发明所述系统的规模仅为现有工艺的十分之一 左右，在一定程度上简化了工艺，操作稳定性高。
[0023] (3)焦炉气作为工业煤焦化工业废气，量大且污染环境。本发明所述系统及工艺对 这种废气加以利用，减少工业煤焦化工业废气排放，显著提高资源和能源利用率。
【附图说明】
[0024]图1为本发明所述煤和焦炉气联供制天然气的系统的示意图。其中，101为煤气 化单元，102为酸性气体脱除单元，103为甲烷化单元，104为焦炉气净化单元，201为原煤， 201为水蒸气，203为氧气，204为煤气化粗合成气，205为煤气化合成气，206为硫化物，207 为二氧化碳，208为回用二氧化碳，209为剩余二氧化碳，210为甲烷化合成气，211为合成天 然气产品，212为粗焦炉气，213为洁净焦炉气，214为杂质。
[0025]图2为现有的煤制合成天然气的系统的示意图。其中，105为水煤变换单元，215 为粗合成气215,其余编号与图1相同。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0027] 本发明所述煤和焦炉气联供制天然气的系统，如图1所示，所述系统包括煤气化 单元101、酸性气体脱除单元102、甲烷化单元103和焦炉气净化单元104,煤气化单元101 与酸性气体脱除单元102依次连接，焦炉气净化单元104与酸