专利名称：低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺及其生产设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过水煤气的甲烷化来生产城市生活煤气的生产工艺及其生产设备。
背景技术：
水煤气是高温下水蒸汽与煤反应的产物，其主要成分是H2和CO，由于其中CO含量较高，一般为25％—30％、而且热值低(＜10MJ/M3)达不到城市生活煤气(要求热值＞14.7MJ/M3，CO＜20％)的要求，不能直接作为城市生活煤气使用，因此需要将其中的CO进行甲烷化反应，以将水煤气中的CO和H2部分或全部转化成甲烷，其甲烷化的主要化学反应式如下
从上述反应式可知，水煤气的甲烷化反应不仅增加了甲烷CH4的含量，同时也降低了CO的含量，而甲烷CH4的低位发热值为35.88MJ/M3，是H2的热值的3.33倍，是CO热值的2.83倍，这样得到经甲烷化的煤气完全能满足城市生活煤气的要求。
在现有技术中，对水煤气的甲烷化常常采用常压非耐硫甲烷化技术或加压耐硫甲烷化技术。对于常压非耐硫甲烷化技术而言，由于其存在脱硫成本高、导热油易泄漏、热值低等缺点，目前已停止使用。而对于加压耐硫甲烷化技术，由于其压力较高，为2.0～3.0MPa，应用时存在一定的困难。在国内已公布的专利技术中，有两个这方面的专利，分别为“用水煤气或半水煤气生产城市煤气的工艺及甲烷化反应器”(专利申请号为91106812)和“用水煤气生产城市煤气的工艺”(专利号为97108002)，但这两个专利实际上是一个项目，其采用的甲烷化催化剂为非耐硫的镍系催化剂，对原料气中硫化物的含量要求十分苛刻(要求＜1ppm)，需要设置复杂的精脱硫系统及变比系统，存在对原料气要求高、设备复杂、成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺及其生产设备。它通过将水煤气在低压耐硫条件下进行甲烷化反应来生产甲烷化煤气，以克服上述现有技术存在的不足。
本发明是这样实现的。低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺，其特征在于原料水煤气经除焦、增压后进入煤气换热器与煤气换热器中的高温甲烷化煤气进行热交换；换热后升温的原料水煤气进入到甲烷化反应器中并与填装在甲烷化反应器中的耐硫催化剂接触发生甲烷化反应；甲烷化反应生成的高温甲烷化煤气返回到煤气换热器中并与进入煤气换热器的原料水煤气进行热交换，换热后降温的甲烷化煤气经冷却并经干法脱硫处理后储存。
上述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺中，甲烷化反应放出的热量通过导热油吸收并被汽化，汽化的导热油进入冷凝器中与软水换热，换热后降温的导热油冷凝成液态，返回到甲烷化反应器中循环使用，而换热后升温的软水被汽化，产生蒸汽外供。
工艺操作条件如下1.系统压力 0.5～1.0MPa(表)2.反应床层进口温度 ～300℃反应床层热点温度 365±5℃3.空速 700h-14.组分
5.催化剂(钼系催化剂)型号 SM-95-型生产厂家 大连化学物理研究所6.达到指标CO转化率 45-55％CH4选择性 50-60％产品气中低热值增加～2MJ/m3前述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺中，原料水煤气的压力为2Kpa，原料水煤气经增压后的压力为0.5～1.0MPa，换热后升温的原料水煤气的温度为250～300℃，甲烷化反应生成的高温甲烷化煤气的温度为350℃，换热后降温的甲烷化煤气温度为200℃，换热后降温的甲烷化煤气经冷却后的温度＜40℃。
低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备，它包括原料水煤气储存、除焦设备、煤气增压设备、换热设备、甲烷化反应设备、反应器排热冷凝设备、产品气冷却设备、产品气干法脱硫设备和产品气储存设备及生产控制设备。原料水煤气贮存、除焦设备包括煤气柜(1)、电除焦器(2)；煤气增压设备包括煤气压缩机(3)；换热设备包括煤气换热器(5)；甲烷化反应设备包括甲烷化反应器(6)；反应器排热冷凝设备包括导热油冷凝器(16)；产品气冷却设备包括煤气冷却器(8)；产品气干法脱硫设备包括脱硫塔(9)；产品气储存设备包括煤气球罐(10)；其特征在于在煤气压缩机(3)之后设有稳压罐(4)，稳压罐(4)与煤气换热器(5)相连；煤气换热器(5)与甲烷化反应器(6)相连，甲烷化反应器(6)中的导热油出口气相管与导热油冷凝器(16)相连；甲烷化反应器(6)气相出口经过缓冲罐(7)与煤气换热器(5)相连，煤气换热器(5)与煤气冷却器(8)相连，煤气冷却器(8)与脱硫塔(9)相连，脱硫塔(9)与煤气球罐(10)相连。
上述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备中，在导热油冷凝器(16)的导热油回流管(14)上设有U形液封管(15)。作用是消除回油气阻，稳定导热油温度。
前述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备中，甲烷化反应器(6)的下封头盖靠近下管板处设置有多孔挡渣板(20)。
前述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备中，在甲烷化反应器(6)的导热油内设置有三个测温点21，两个设置在同一平面，一个设置在轴向方向上。
前述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备中，在煤气压缩机(3)与煤气换热器(5)的顶管之间设有煤气开工电加热器(11)，及用于甲烷化反应器(6)内产生导热油循环使油温均匀的导热油循环泵(13)，循环泵(13)与甲烷化反应器(6)之间设有导热油电加热器(12)。
前述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备中，生产控制设备采用的是DCS集散控制系统与现有技术相比，本发明实现了在低压、耐硫条件下通过水煤气的甲烷化反应来生产甲烷化煤气，具有工艺流程合理、设备简单可靠、仪表控制先进、节约能源、对环境友好等优点。
图1为本发明的工艺流程和设备构造示意图。
附图中的标记为1-煤气柜，2-电除焦器，3-煤气压缩机，4-稳压罐，5-煤气换热器，6-甲烷化反应器，7-缓冲罐，8-煤气冷却器，9-脱硫塔，10-煤气球罐，11-煤气开工电加热器，12-导热油电加热器，13-导热油循环泵，14-导热油回流管，15-U形液封管，16-导热油冷凝器，17-汽包，18-钼系耐硫催化剂，19-氧化铝球，20-多孔挡渣板，21-仪表测温点，22-导热油贮槽，23-导热油收集地下槽，24-导热油给料泵，25-电动调节阀，26-放空管。
具体实施例方式
具体实施例方式低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺，如附图1所示，由煤气柜1出来的原料水煤气在压力为2Kpa、常温的条件下进入电除焦器2中进行除尘、除焦处理，除尘、除焦后的原料水煤气进入到煤气压缩机3中增压至0.5～1.0MPa，增压后的原料水煤气进入到稳压罐4中进行稳压，稳压后的水煤气进入煤气换热器5的管程并与在煤气换热器5的壳程中的甲烷化煤气换热，此时水煤气的温度由80-100℃升高至250-300℃，换热后升温的原料水煤气进入到甲烷化反应器6中并与填装在甲烷化反应器6中的钼系耐硫催化剂18接触发生甲烷化反应；由于甲烷化反应为放热反应，使得反应后生成的甲烷化煤气温度升高至350℃，高温的甲烷化煤气进入缓冲罐7，经缓冲后返回到煤气换热器5的壳程中并与进入到煤气换热器5的管程中的原料水煤气换热，换热后甲烷化煤气的温度降至200℃，降温的甲烷化煤气进入到煤气冷却器8中，经冷却后其温度降至＜40℃，再进入到干法脱硫塔9中，经干法脱硫处理后即得到甲烷化产品煤气，输入到球形煤气球罐10中储存。甲烷化反应器6中的导热油吸收原料水煤气的甲烷化反应放出的热量后被汽化的导热油进入导热油冷凝器16的管程，与壳程中的软水换热，换热后降温的导热油呈液态又返回到甲烷化反应器6中循环使用，而换热后升温的软水则被汽化，进入汽包17产生蒸汽外供。
生产设备如图1所示甲烷化反应器6是核心设备，反应器内有245根反应管，规格为φ57*3.5(不锈钢材质)，反应管内填装催化剂18和氧化铝球19(每根反应管底部装氧化铝球300mm高，中间装催化剂2500～3000mm高，顶部装氧化铝球800mm高)。反应管胀焊在下管板上，反应管底部装有弹簧托住顶管内催化剂。为了避免因弹簧在高温下变形脱落，而导致反应管中的氧化铝球和催化剂下塌而落入反应器下封头内，在甲烷化反应器的下封头盖靠近下管板60mm处设置多孔挡渣板20，上钻孔φ10mm数量6574个，多孔挡渣板设井字角钢架支撑于下封头上；为了检测反应器内导热油温度，在反应器壁设置3个仪表测温点21，其中2个为同一平面，另一个为轴向侧不同位置，这样既可了解同平面的温差，又可了解轴向温差。
煤气冷却器8为冷排式，以避免因冷却水结垢而造成冷却效率的降低，并在煤气冷却器8的下部设蓄水池，便于冷却水用泵建立闭路循环。
由于在开工时，没有热量，因此在导热油循环泵13与甲烷化反应器6之间设置导热油电加热器12，在煤气压缩机3与煤气换热器5的顶部进口管之间设置煤气开工电加热器11，以对原料水煤气和导热油进行加热，当温度升高至正常反应所需温度后可停用两个电加热器。
系统中设置导热油贮槽22，导热油收集地下槽23和导热油给料泵24，以便于开车补油和导热油的点滴回收；为便于开车和生产中应急处理调节导热油温度，设置放空管26(Dg25)以排除油中不凝气和轻组分。
为便于对整个系统生产过程进行自动化控制，生产控制设备采用DCS集散控制系统，系统中设置2套电动调节阀24，其中一套调节导热油温度，一套调节汽包液位。另根据工艺控制需要，设置温度、压力、流量、液位等就地或集中控制仪表。
已实施成功日产2万立方米甲烷化煤气的主要设备一览表见附表。如需增加生产能力，只需选择催化剂填装量大的反应器即可。
(附表)主要设备一览表
权利要求
1.低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺，其特征在于原料水煤气经除焦、增压后进入煤气换热器与煤气换热器中的高温甲烷化煤气进行热交换；换热后升温的原料水煤气进入到甲烷化反应器中并与填装在甲烷化反应器中的耐硫催化剂接触发生甲烷化反应；甲烷化反应生成的高温甲烷化煤气返回到煤气换热器中并与进入煤气换热器的原料水煤气进行热交换，换热后降温的甲烷化煤气经冷却并经干法脱硫处理后储存。
2.根据权利要求1所述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺，其特征在于甲烷化反应放出的热量通过导热油吸收并被汽化，汽化的导热油进入冷凝器与冷凝器中的软水换热，换热后降温的导热油冷凝成液态，返回到甲烷化反应器中循环使用，而换热后升温的软水被汽化，产生蒸汽外供。
3.根据权利要求1或2所述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺，其特征在于原料水煤气的压力为2Kpa，原料水煤气经增压后的压力为0.5～1.0Mpa，换热后升温的原料水煤气的温度为250～300℃，甲烷化反应生成的高温甲烷化煤气的温度为350℃，换热后降温的甲烷化煤气温度为200℃，换热后降温的甲烷化煤气经冷却后的温度小于40℃。
4.低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备，它包括原料水煤气储存、除焦设备、煤气增压设备、换热设备、甲烷化反应设备、反应器排热冷凝设备、产品气冷却设备、产品气干法脱硫设备和产品气储存设备及生产控制设备；原料水煤气贮存、除焦设备包括煤气柜(1)、电除焦器(2)；煤气增压设备包括煤气压缩机(3)；换热设备包括煤气换热器(5)；甲烷化反应设备包括甲烷化反应器(6)；反应器排热冷凝设备包括导热油冷凝器(16)；产品气冷却设备包括煤气冷却器(8)；产品气干法脱硫设备包括脱硫塔(9)；产品气储存设备包括煤气球罐(10)；其特征在于在煤气压缩机(3)之后设有稳压罐(4)，稳压罐(4)与煤气换热器(5)相连；煤气换热器(5)与甲烷化反应器(6)相连，甲烷化反应器(6)中的导热油出口气相管与导热油冷凝器(16)相连；甲烷化反应器(6)气相出口经过缓冲罐(7)与煤气换热器(5)相连，煤气换热器(5)与煤气冷却器(8)相连，煤气冷却器(8)与脱硫塔(9)相连，脱硫塔(9)与煤气球罐(10)相连。
5.根据权利要求4所述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备，其特征在于在导热油冷凝器(16)的导热油回流管(14)上设有U形液封管(15)。
6.根据权利要求4所述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备，其特征在于甲烷化反应器(6)的下封头盖靠近下管板处设置有多孔挡渣板(20)。
7.根据权利要求4所述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备，其特征在于在甲烷化反应器(6)的导热油内设置有三个测温点(21)，两个设置在同一平面，一个设置在轴向方向上。
8.根据权利要求4所述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备，其特征在于在煤气压缩机(3)与煤气换热器(5)的顶管之间设有煤气开工电加热器(11)，及用于甲烷化反应器(6)内产生导热油循环使油温均匀的导热油循环泵(13)，循环泵(13)与甲烷化反应器(6)之间设有导热油电加热器(12)。
9.根据权利要求4所述的低压耐硫水煤气甲烷化的生产设备，其特征在于生产控制设备采用的是DCS集散控制系统。
全文摘要
本发明公开了一种低压耐硫水煤气甲烷化的生产工艺及其生产设备。生产工艺包括原料水煤气经除焦、增压后进入煤气换热器进行热交换；换热后的原料水煤气进入到甲烷化反应器中并发生甲烷化反应；反应生成的高温甲烷化煤气返回到煤气换热器并与原料水煤气进行热交换，换热后降温的甲烷化煤气经冷却并经干法脱硫处理后储存。其生产设备包括原料水煤气贮存、除焦设备、煤气增压设备、换热设备、甲烷化反应设备、反应器排热冷凝设备、产品气冷却设备、产品气干法脱硫设备和产品气储存设备及生产控制设备。本发明实现了在低压、耐硫条件下生产甲烷化煤气，具有工艺流程合理、设备简单可靠、仪表控制先进、节约能源、对环境友好等优点。
文档编号C10K3/00GK1718692SQ20051020021
公开日2006年1月11日 申请日期2005年4月6日 优先权日2005年4月6日
发明者徐绍英, 胡勇, 杨健, 王平, 冉金桥, 刘军, 李郁铭 申请人:贵州省毕节市博宇煤气有限公司