一种合成气甲烷化生产甲烷的系统的制作方法

本技术工艺涉及一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其属于煤化工生产工艺。

背景技术：

1、我国能源结构目前的现状为富煤、贫油、少气，随着环境的要求的提高及城镇化发展，对天然气的需求量越来越大，每年进口大量的液化天然气和管道天然气。合成气（煤制气、焦炉煤气、兰炭出口气）生产甲烷为煤炭企业提供新的契机。

2、甲烷化反应是一个强放热反应，研究表明，每转化1%的co的绝热温升约70℃，每转化1%的co2的绝热温升约60℃。甲烷化反应放热量大，反应温度高的特点，对设备及管道的材料要求很高，甲烷化工艺中对反应平衡和反应温度的控制，以及对于大量的高温反应热的回收极其重要。

3、针对目前甲烷化反应床层温度难以控制、循环量大、甲烷化效率低、热量利用率低等问题，开发一种低能耗、反应床层温度容易控制、甲烷化效率高、热量利用率高的工艺对甲烷化反应制甲烷具有重要意义。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种合成气甲烷化生产甲烷新型工艺系统，该系统床层温度可控、循环量小、能耗低、甲烷化效率高、热量利用率高。

2、本实用新型采用的技术方案为：一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，该系统中包括甲烷化反应器和气液分离器，该系统采用合成气预热器通过管道连接至入塔气换热器，经入塔气换热器的换热器出口后分为三个分支：第一分支、第二分支和第三分支；

3、第一分支中，自换热器出口经一级反应入口连接至一级甲烷化反应器，一级反应出口经第一废热锅炉后连接至入塔气化热器的入塔气换热入口，再由入塔气换热出口经入塔气出口管连接至二级甲烷化反应器。

4、第二分支中，自换热器出口经管道并入入塔气出口管后，连接至二级甲烷化反应器的二级反应入口；再由二级反应出口经第二废热锅炉后，通过废热第一支路经循环机后连接至一级甲烷化反应器的一级反应入口；

5、第三分支中，自换热器出口经管道并入第二废热支路后，连接至三级甲烷化反应器的三级反应入口；再由三级反应出口经第三废热锅炉后连接至合成气预热器的预热器换热入口；再从预热器换热出口连接至四级等温甲烷化反应器的四级反应入口。

6、所述第二废热支路连接第二废热锅炉和三级甲烷化反应器。

7、所述四级等温甲烷化反应器的四级反应出口经第四废热锅炉、循环水冷却器后连接至气液分离器，气液分离器上设置产品气出口和工艺液出口。

8、该系统中还设置锅炉脱氧水管，分别通过支管连接至第一废热锅炉的第一脱氧水入口、第二废热锅炉的第二脱氧水入口、第三废热锅炉的第三脱氧水入口、汽包废锅的汽包脱氧水入口和第四废热锅炉的第四脱氧水入口。

9、所述第一废热锅炉的第一蒸汽出口、第二废热锅炉的第二蒸汽出口、第三废热锅炉的第三蒸汽出口分别经过支管连接至第一蒸汽管。汽包废锅的汽包蒸汽出口和第四废热锅炉的第四蒸汽出口分别经支管连接至第二蒸汽管。

10、本实用新型甲烷化生产甲烷系统，包括3个绝热反应器（一级到三级甲烷化反应器）与1个等温反应器串联；合成气经过合成气预热器、入塔气换热器，部分与循环气混合后进入一级甲烷化反应器，出一级甲烷化反应器的出口气经过第一废热锅炉、入塔气换热器，与部分换热后的新鲜合成气混合进入二级甲烷化反应器，二级甲烷化反应器的出口气经过第二废热锅炉，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器，出三级甲烷化反应器的出口气经过第三废热锅炉、合成气预热器、进四级等温甲烷化反应器，四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，四级等温甲烷化反应器的出口气经过第四废热锅炉，循环水冷却器、气液分离器，送往后续分离或者液化。

11、所述合成气分成3股分别进入3个绝热甲烷化反应器。

12、合成气经过合成气预热器、入塔气换热器，部分与循环气混合后进入一级甲烷化反应器，出一级甲烷化反应器的出口气经过第一废热锅炉、入塔气换热器，与部分换热后的新鲜合成气混合进入二级甲烷化反应器。

13、二级甲烷化反应器的出口气经过第二废热锅炉，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器。

14、本实用新型的有益效果为：该系统中合成气经过合成气预热器、入塔气换热器，第一分支部分与循环气混合后进入一级甲烷化反应器，一级甲烷化反应器的出口气经过第一废热锅炉、入塔气换热器，与部分换热后的新鲜合成气混合进入二级甲烷化反应器，二级甲烷化反应器的出口气经过第二废热锅炉，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器，三级甲烷化反应器的出口气经过第三废热锅炉、合成气预热器、进四级等温甲烷化反应器，四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，四级等温甲烷化反应器的出口气经过第四废热锅炉，循环水冷却器、气液分离器，送往后续分离或者液化。

15、甲烷化是强放热反应，高温有利于加快反应速率，但是同时又降低平衡转化率，因此采用分级配入合成气的方式，有效平稳的控制反应器出口温度为550-650℃。四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，四级等温甲烷化反应器的出口气经过第四废热锅炉。四级采用等温甲烷化反应器，控制反应器出口温度为280-350℃，使出口气体中co2含量低于30×10-6，满足对于生产lng为目标产物的装置，保证进入低温装置co2含量的要求。该系统利用废热锅炉换热，充分的给一二三四级甲烷化反应器出口气换热，热量充分利用，甲烷化系统出口气80-100℃。该系统简单、设备运行费用和投资成本低、运行可靠性高、热能回收效果好、提高反应深度，能够同时适用于合成气甲烷化生产城市燃气、sng或者lng。

技术特征：

1.一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，该系统中包括甲烷化反应器和气液分离器，其特征在于：该系统采用合成气预热器（e-101）通过管道连接至入塔气换热器（e-102），经入塔气换热器（e-102）的换热器出口（e-102b）后分为三个分支：第一分支、第二分支和第三分支；

2.根据权利要求1所述的一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其特征在于：该系统中还设置锅炉脱氧水管（g-1），分别通过支管连接至第一废热锅炉（e-103）的第一脱氧水入口（e-103c）、第二废热锅炉（e-104）的第二脱氧水入口（e-104c）、第三废热锅炉（e-105）的第三脱氧水入口（e-105c）、汽包废锅（e-106）的汽包脱氧水入口（e-106c）和第四废热锅炉（e-107）的第四脱氧水入口（e-107c）。

3.根据权利要求1所述的一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其特征在于：所述第一废热锅炉（e-103）的第一蒸汽出口（e-103d）、第二废热锅炉（e-104）的第二蒸汽出口（e-104d）、第三废热锅炉（e-105）的第三蒸汽出口（e-105d）分别经过支管连接至第一蒸汽管（g-2）；

技术总结
一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其属于煤化工生产工艺技术领域。该系统中经合成气预热器连接至入塔气换热器后分为三支，第一分支进入一级甲烷化反应器，其后经过第一废热锅炉返回入塔气换热器；第二分支并入入塔气出口管后连接二级甲烷化反应器，经过第二废热锅炉后，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器；第三分支并入第二废热支路后连接三级甲烷化反应器，经过第三废热锅炉、合成气预热器、进四级等温甲烷化反应器。四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，经过第四废热锅炉、循环水冷却器、气液分离器，送往后续分离或者液化。该系统简单、设备运行费用和投资成本低、运行可靠性高、热能回收效果好。

技术研发人员：段恒斌,周焕文,邓少亮
受保护的技术使用者：大连瑞克科技股份有限公司
技术研发日：20221230
技术公布日：2024/1/13