一种外热式干馏兰炭尾气制sng的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于天然气制备装置领域，特别涉及一种利用外热式干馏兰炭尾气制代用天然气的设备。
【背景技术】
[0002]代用天然气(SNG !Substitute Natural Gas)可以从含有效成分的煤制气或工业废气经过甲烷化反应制得。随着化石能源的消耗暴增，能源价格上涨以及大气环境污染导致对煤制气及工业废气的综合利用被再次提上日程。其中人工合成代用天然气有了新的需求。兰炭又称半焦，是以侏罗纪不粘煤和弱粘煤为原料，采用中低温干馏工艺生产的一种高固定碳含量的固体物质，是我国所特有的煤炭资源。其主要分布在我国陕、蒙、晋、宁四省区接壤地带和新疆部分地区，而以陕西省榆林市神府地区和内蒙古鄂尔多斯市的伊旗、准旗最多。
[0003]生产兰炭时副产兰炭尾气，主要成分有H2、CH4, CO、0)2及N 2，此外还含少量低碳烃类(CnHm)及微量02。兰炭尾气中的氢气、甲烷和一氧化碳都是十分宝贵的化工原料。若以兰炭尾气为原料生产天然气，一方面为兰炭尾气的清洁利用提供了一条新的途径。另一方面变废为宝，生产的天然气可以作为我国清洁能源的一个补充，不仅实现了工业排放气资源化利用，同时也优化了我国能源结构。
[0004]兰炭尾气中所含有的甲烷含量较低(7%?12%)，若要通过兰炭尾气制天然气，则需要将兰炭尾气进行甲烷化反应。然而，现有技术中还没有利用外热式干馏兰炭尾气制备SNG成熟工艺和设备，如果将现有的甲烷化反应装置用于外热式干馏兰炭尾气的甲烷化会产生强放热和反应深度之间的矛盾。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型针对上述问题，提供了一种外热式干馏兰炭尾气制SNG的装置，采用多级甲烷化反应器串联的方式进行甲烷化反应，可很好的控制反应温升，工程相对简单，既保证甲烷化的反应深度，又有效控制放热，解决兰炭尾气甲烷化过程中强放热和反应深度之间的矛盾，可以针对性地处理兰炭尾气，制得热值高、杂质含量低的天然气。
[0006]本实用新型的目的通过下述技术方案来实现:
[0007]一种外热式干馏兰炭尾气制SNG的装置，包括多个串联设置的甲烷化反应炉构成的多级甲烷化装置，第一级甲烷化反应炉的进气口与水蒸气供应管道相连。采用多级甲烷化反应器串联的方式进行甲烷化反应，同时在原料兰炭尾气中加入适量水蒸气适当抑制了甲烷化反应的深度，从而减少了整个反应过程放出的热量，有利于反应后气体的冷却以及整个合成工艺的连续正常运行，可很好的控制反应温升，工程相对简单，既保证甲烷化的反应深度，又有效控制放热，解决兰炭尾气甲烷化过程中强放热和反应深度之间的矛盾，可以针对性地处理兰炭尾气，制得热值高、杂质含量低的天然气。
[0008]作为可选方式，在上述装置中，各甲烷化反应炉的出气口与换热器相连后再连接至下一级甲烷化反应炉的进气口。各级甲烷化炉出口气体经换热器回收热量降温并副产蒸汽，通过换热器降低进入下一级甲烷化反应炉的气体温度，有利于进一步控制反应放热。
[0009]作为可选方式，在上述装置中，所述甲烷化反应炉的部分出气通过循环回流管道与第一级甲烷化反应炉的进气口相连。
[0010]作为可选方式，在上述装置中，所述多级甲烷化装置包括前段甲烷化部分和后段甲烷化部分。
[0011]作为可选方式，在上述装置中，所述前段甲烷化部分由2?4个甲烷化炉串联组成，后段甲烷化部分由I?2个甲烷化炉串联组成，前段甲烷化部分与后段甲烷化部分之间设置有冷却和气液分离装置。进一步的，其中前段甲烷化部分由3个甲烷化炉串联组成，后段甲烷化部分由I个甲烷化炉组成。
[0012]作为可选方式，在上述装置中，所述前段甲烷化部分的最后一级甲烷化炉的部分出气通过循环回流管道与第一级甲烷化反应炉的进气口相连。部分甲烷化反应的产品气重新回到多级甲烷化步骤，形成多级带循环甲烷化。
[0013]作为可选方式，在上述装置中，还包括耐硫变换炉和脱硫脱碳装置，所述耐硫变换炉的出气口与所述脱硫脱碳装置的进气口相连，所述脱硫脱碳装置的出气口与所述多级甲烷化装置的进气口相连。
[0014]作为可选方式，在上述装置中，还包括耐硫变换炉和脱硫脱碳装置，所述耐硫变换炉的出气口与所述脱硫脱碳装置的进气口相连，所述脱硫脱碳装置的出气口与所述多级甲烷化装置的进气口相连，所述换热器中的水蒸气分别通过管道与第一级甲烷化反应炉的进气口以及所述耐硫变换炉的进气口相连。
[0015]作为可选方式，在上述装置中，所述多级甲烷化装置中的最后一级甲烷化炉的出气与变压吸附(PSA)系统相连。
[0016]作为可选方式，在上述装置中，所述多级甲烷化装置中的最后一级甲烷化炉的出气与冷却和气液分离装置相连。
[0017]作为可选方式，在上述装置中，所述耐硫变换炉前还设置有预净化装置。作为可选，所述预净化装置可以采用电捕集净化装置和溶液吸收净化装置等常用的预净化装置，其作用是脱除兰炭尾气中的焦油、萘、苯以及粉尘等大分子杂质，制得粗净化的兰炭尾气。
[0018]作为可选方式，在上述装置中，所述预净化装置之前还设置由于压缩机，可采用往复式压缩机或者离心式压缩机。
[0019]本实用新型的工作过程为:前段甲烷化部分的甲烷化反应器(以3个为例)采用串联的方式进行连接，经净化及氢碳比调整处理的原料气与蒸汽混合后进入第一甲烷化炉发生甲烷化反应；从第一甲烷化炉出来的气体经换热冷却后进入第二甲烷化炉发生甲烷化反应；从第二甲烷化炉出来的气体经换热冷却后进入第三甲烷化炉发生甲烷化反应；从第三甲烷化炉出来的气体经冷却、分离水后进入后段甲烷化部分的第四甲烷化炉。
[0020]基于本实用新型的外热式干馏兰炭尾气制SNG的方法包括以下步骤:
[0021](I)压缩；使原料气具备一定的压力，可采用往复式压缩机或者离心式压缩机，将兰炭尾气压缩至 0.5 ?5.5MPa (优选 0.5MPa、2.lMPa、5.5MPa)。
[0022](2)预净化；将兰炭尾气经过预净化处理，脱除其中的大分子杂质，得到粗净化的兰炭尾气。可采用电捕集和溶液吸收等常规净化技术，脱除兰炭尾气中的焦油、萘、苯以及粉尘等大分子杂质，制得粗净化的兰炭尾气。外热式干馏兰炭尾气由于几乎不含水，经过压缩，预净化除去其中的焦油、苯、萘等大分子杂质即可进入耐硫变换工序，处理成本较低。
[0023](3)耐硫变换；预净化后的外热式干馏兰炭尾气CO含量在15-27%左右，浓度较高，同时含有一定浓度的硫，通过耐硫变换催化剂将CO与水蒸汽反应转化成0)2和H2,既可简化后续脱硫脱碳工艺，又可补充甲烷化反应所需的H2，提高CH4产率。在该步骤中可采用耐硫变换催化剂，尾气中部分一氧化碳与水蒸汽在耐硫变换催化剂作用下生成氢气和二氧化碳，以调节气体中H2、CO和0)2的比例。同时脱除氧气和其它杂质，并将部分有机硫转化为H2S等无机硫。可在该工序配入一定量的水蒸汽，使原料气中水蒸汽/干气摩尔比为0.06?0.12，经换热达到变换所需的温度200?260°C进入变换炉发生变换反应。
[0024](4)脱硫脱碳；可采用低温甲醇洗、NHD法或其它湿法脱硫脱碳方法。通过本工段H2S降低至20mg/Nm3以下，CO 2体积分数从5.0?6.0 %降至1.0?3.0%。脱除的硫化物副产硫膏，CO2可进一步提浓利用。经耐硫变换和脱硫脱碳处理后的混合气中(H 2-C02) /(C0+C02)的摩尔比为2.5?4.0。
[0025](5)多级甲烷化。采用2级以上甲烷化反应，得到以甲烷为主的气体混合物，甲烷合成采用多级绝热甲烷化工艺。采用多级甲烷化反应器串联的方式进行甲烷化反应，可很好的控制反应温升，工程相对简单。作为可选，甲烷化催化剂以镍为活性组分，以氧化铝为载体，以钙、镁、钡为助剂。催化剂的制备方法可采用浸渍法制备，也可以共沉淀法制备，甲烷化催化剂的耐受温度要求在700°C以上。
[0026]作为可选方式，在上述制备方法中，所述多级带循环甲烷化包括必要的前段甲烷化和可选的后段甲烷化。作为优选方式，所述前段甲烷化部分由2?4个甲烷化炉串联组成，后段甲烷化部分由I?2个甲烷化炉串联组成。进一步的，其中前段甲烷化部分由3个甲烷化炉串联组成，后段甲烷化部分由I个甲烷化炉组成，其中前段甲烷化部分的一级甲烷化反应的出口温度为550?650°C，二级甲烷化反应的出口温度为400?580°C，三级甲烷化反应的出口温度为300?400°C ;后段甲烷化部分的甲烷