一种合成甲醇和合成甲烷联产的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种合成甲醇和合成甲烷联产的方法，含碳原料经加压气化成主要成分为CH4、H2、CO、CO2的粗合成气，所述的粗合成气部分或全部加入蒸汽发生变换反应，将部分CO变换成H2和CO2，再经净化脱除硫化物和大部分CO2提高氢碳比，得到新鲜气，所述的新鲜气部分或全部去甲醇合成，甲醇合成后的反应气部分或全部去甲烷化反应，得到人工合成天然气，通过调节CO变换率和合成甲醇的气量和产量来调节合成天然气的产量。本发明还公开了用于上述合成甲醇和合成甲烷联产方法的装置。本发明通过调节CO变换段的CO变换率和合成甲醇的气量和产量来调节合成天然气的产量，同时防止循环设备发生喘振，降低生产成本和投资、提高经济效益。
【专利说明】一种合成甲醇和合成甲烷联产的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工能源工程【技术领域】的化工合成管路和设备，尤其涉及一种合成甲醇和合成甲烷联产的方法和设备。
【背景技术】
[0002]我国的天然气主要是供民用，冬夏季峰谷差很大，特别是我国北方地区，夏季用气量少，冬季由于供暖而需要大量增加天然气用量。近几年在冬季用气高峰期都出现过不同程度的“气荒”。虽然供气系统设有贮气库、LNG站等贮存设施和夏季利用燃气发电等手段来调峰，但效果却不能令人满意。在短期内(一天到一周)，城市天然气的调峰可以主要依靠高压储气站、输气管道、液化天然气站等，但长期周期调峰效果不明显。另外几种调峰手段，例如IGCC (整体煤气化联合循环发电系统)、天然气发电和转化LNG (液化天然气)，其中IGCC流程复杂，从目前国内几个IGCC示范项目来看其经济效益并不理想。
[0003]针对人工天然气生产方面的生产调节主要是长周期的调整，比如按月或按季度，如冬天用气高峰和夏天用气低峰时的调节。而煤制SNG(合成天然气)工厂可以有效地调节供气系统的峰谷差，通过调节工厂的负荷或停开部分设备即可便捷地调节供应气量。SNG工厂调节天然气供应量最有效和合理的方法是采用多联产的方案，即SNG联产甲醇或合成氨。由于甲醇产品易于贮存和运输，这样既有效调节了 SNG产量，又充分利用了工厂的设备，仅需增加合成气压缩机及甲醇合成装置等系统。通过联产调峰的好处是，工厂可以充分利用气化、净化、空分使系统在满负荷状态下运转，根据市场的情况灵活调节产品产量，会给工厂创造较好的经济效益，同时也便于工厂的经营和管理。
[0004]根据现有投运的甲醇装置运行情况来看，装置中影响正常生产的薄弱环节一是气化，例如shell制气难于长周期运行，二是压缩机，主要体现是实际打气量达不到设计值和循环比调节幅度小，易发生喘振。
[0005]在现有国内外透平压缩机设计中，通常将合成气和循环气先在进循环段前气缸内混合。实际工业生产中往往需要在低负荷下运行或循环比作较大的调节，但离心压缩机设计制造后其压缩气量需在规定的范围内，图5是透平压缩机的特性曲线，由图5可见在不同转速下，其压缩机稳定运行范围的最小流量限是喘振线，当流量小于喘振线时就会发生喘振，喘振流量一般为正常流量的70%，通常将喘振线右移5~10%作防护曲线。例如图5中当循环机转速为100%时，设计进循环机气量为5300m3/h，当这一转速下流量降到4000m3/h，即设计气量为75%时，虽然对应的主轴功率也下降lOOKw，但已在防护线左侧，会产生喘振。
[0006] 当流量小于防护曲线流量时，一般采用旁路回流或放空的办法防止喘振。例如图6是现有技术中常用的透平压缩机防喘振的压缩机或循环机管路图，在生产操作中当压缩气量小于喘振线时，如图6所示用分流器S2分流循环机出口的循环气，部分循环气Q5经旁路阀V22与新鲜气Q3汇合回流至循环机进口，保持压缩气量大于喘振气量，或者对于像空气、CO2等价格不大的气体，不经回路而是打开放空阀V32，将防喘振而增加的部分气量经放空管放空，其余气量去合成。
[0007]但采用上述旁路回流的防喘振办法，都会造成压缩机旁路回流所需的压缩功耗。当合成回路循环气量和新鲜合成气量之比(简称循环比)需做较大范围时，造成的能量损失和设备投资更大。
【发明内容】
[0008]本发明为克服现有技术中能量浪费、人工合成天然气中负荷不能大幅调节及循环压缩设备容易喘振等 缺陷，提供了一种合成甲醇和合成甲烷联产的方法和设备，尤其适用于人工天然气生产，通过联产甲醇调节人工天然气生产的峰谷差，同时通过调节甲醇合成回路循环比，防止循环设备发生喘振，提高了原料气利用率，降低生产成本和投资、提高经济效益。
[0009]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0010]一种合成甲醇和合成甲烷联产的方法，包括气化、CO变换、净化、甲醇合成和甲烷化,含碳原料经气化加压气化成主要成分为ch4、H2、CO、CO2的粗合成气，所述的粗合成气部分或全部加入蒸汽经CO变换发生变换反应，将部分CO变换成H2和CO2,再经净化脱除硫化物和大部分CO2提高氢碳比，得到新鲜气，所述的新鲜气部分或全部去合成甲醇，甲醇合成后的反应气，部分或全部去甲烷化反应，得到人工合成天然气，通过调节CO变换率和合成甲醇的气量和产量来调节合成天然气的产量。
[0011]所述的甲醇合成步骤包括加压循环、合成甲醇和分离甲醇，所述的加压循环使用的循环机并联设有等压旁路，所述的新鲜气部分或全部依次经加压循环、合成甲醇和分离甲醇后，去甲烷化反应，得到人工合成天然气；或所述的新鲜气部分或全部在加压循环使用的循环机进口前端与循环气混合、再经循环机加压循环，再经合成甲醇、分离甲醇后，得到的反应气分为二股，一股作为循环气返回循环机进口，另一股作为驰放气去甲烷化反应，得到人工合成天然气；或所述的新鲜气部分或全部在循环机出口后端与循环气混合后，再经合成甲醇、分离甲醇，得到的反应气分为二股，一股作为循环气返回循环机进口，另一股作为驰放气去甲烷化反应，得到人工合成天然气；或所述的新鲜气不经加压循环，直接经合成甲醇和分离甲醇后去甲烷化反应，得到人工合成天然气，即采用等压煤气化、变换、净化、甲醇合成和甲烷化合成，等压型甲醇化和甲烷化的压力优选为2-8MPa，控制合成压力调节甲醇甲烷化产量比。
[0012]所述的循环气的体积循环比Re优选满足Re < 2，其中Re = Vwn/Vm (V为气
量)O
[0013]所述的粗合成气部分发生变换反应时，其中< 50%的粗合成气去CO变换步骤加入蒸汽发生变换反应，其余粗合成气不经变换，直接从旁路送去与变换反应后得到的变换气混合，再送去净化段。
[0014]人工天然气生产工艺对甲醇产量要求较低时，所述的新鲜气分为二股，一股去甲醇合成段，另一股不经甲醇反应直接从旁路去与甲醇合成后的反应气混合，得到的混合气去甲烷化反应，进甲醇合成的新鲜气的体积分率N满足N = 0.5~1，其中N =
鲜气/V总新鲜气(V为气量)。
[0015]当进甲醇合成的新鲜气中只有CO、CO2生成甲醇时，所需新鲜气的理论氢碳比
【权利要求】
1.一种合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于包括以下步骤:含碳原料经加压气化成主要成分为ch4、h2、co、co2的粗合成气，所述的粗合成气部分或全部加入蒸汽发生变换反应，将部分CO变换成H2和CO2，再经净化脱除硫化物和大部分CO2提高氢碳比，得到新鲜气，所述的新鲜气部分或全部去甲醇合成，甲醇合成后的反应气部分或全部去甲烷化反应，得到人工合成天然气，通过调节CO变换率和合成甲醇的气量和产量来调节合成天然气的产量。
2.如权利要求1所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于:所述的甲醇合成步骤包括加压循环、合成甲醇和分离甲醇，所述的加压循环使用的循环机并联设有等压旁路，所述的新鲜气部分或全部依次经加压循环、合成甲醇和分离甲醇后，去甲烷化反应，得到人工合成天然气；或所述的新鲜气部分或全部在加压循环使用的循环机进口前端与循环气混合、再经循环机加压循环，再经合成甲醇、分离甲醇后，得到的反应气分为二股，一股作为循环气返回循环机进口，另一股作为驰放气去甲烷化反应，得到人工合成天然气；或所述的新鲜气部分或全部在循环机出口后端与循环气混合后，再经合成甲醇、分离甲醇，得到的反应气分为二股，一股作为循环气返回循环机进口，另一股作为驰放气去甲烷化反应，得到人工合成天然气；或所述的新鲜气不经加压循环，直接经合成甲醇和分离甲醇后去甲烷化反应，得到人工合成天然气。
3.如权利要求1所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于:所述的新鲜气部分去甲醇合成步骤为:所述的新鲜气分为二股，一股去甲醇合成步骤，另一股不经反应直接从旁路去与甲醇合成后的反应气混合，得到的混合气去甲烷化反应，进甲醇合成的新鲜气的体积分率N ?两足N = 0.5~1，其中N = V进甲醇合成的新鲜气/V总新鲜气。
4.如权利要求2所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于:所述的循环气的体积循环比Re满足Re < 2，其中Re = V_^/V_气。
5.如权利要求1所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于:所述的新鲜气
_ H1 - CO, -1O7的氢碳比M1 = 2.2~2.9，其中M1 =—.^0 + C0，式中各组分均为摩尔含量；进甲烷化
^ H1 - CO7 + C7H4 + IC1Hh步骤的气体的氢碳比满足M2 = 2.95~3.10，其中M2 = C0 + eg + c'H +CH ’式中各组分均为摩尔含量。
6.如权利要求2所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于:所述的新鲜气不经加压循环，直接经合成甲醇和分离甲醇后去甲烷化反应，得到人工合成天然气，其中等压型甲醇合成和甲烷化的压力为2-8MPa，控制合成压力调节甲醇甲烷化产量比。
7.如权利要求2所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于:所述的新鲜气为富含甲烷的焦炉气或高炉气，不再需气化和CO变换，直接去净化脱硫，再全气量进甲醇合成，分离甲醇产品后的醇后气进行等压下甲烷合成，得到人工合成天然气，用作城市燃气或者将其提氢纯化后制成液化天然气。
8.如权利要求1所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法，其特征在于:所述的甲烷化步骤采用< 550°C的中低温节能甲烷化工艺，即二个甲烷化步骤串联，所述的进甲烷化的气体不循环或以循环比小于2的低循环通过第一个甲烷化步骤，第二个甲烷化步骤不循环。
9.一种用于如权利要求1~8任一所述的合成甲醇和合成甲烷联产的方法的设备，包括气化装置、CO变换装置、净化装置、压缩循环机、甲醇合成装置和甲烷化装置，其特征在于: 所述的气化装置、CO变换装置、净化装置、甲醇合成装置和甲烷化装置依次连接，所述的变换装置并联有变换旁路，所述的甲醇合成装置并联有合成旁路，所述的甲醇合成装置包括压缩循环机、甲醇合成反应器和醇分器，所述的压缩循环机与甲醇合成反应器、醇分器依次连接，所述的压缩循环机并联有等压旁路，所述的醇分器的循环气出口设有循环管路连接至压缩循环机的进口，所述的醇分器的驰放气出口连接甲烷化装置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于:所述的甲烷化装置采用一台或二台串联的甲烷化合成反应器，第 一台为主反应器采用水冷或气冷的换热式反应器。
【文档编号】C07C9/04GK103524299SQ201210240989
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】楼韧, 楼寿林 申请人:杭州林达化工技术工程有限公司