无循环煤制气系统的制作方法

本实用新型属于煤化工领域，具体的说是一种无循环煤制气系统。

背景技术：

基于我国“富煤、贫油、少气”的基本能源国情，迫切需要找到一种洁净、高效、成本可接受的转化利用方式。近年来，发展煤制气项目成为新型煤化工的一个重要方向。甲烷化反应是煤制气工艺中的一个重要步骤，目前商业化的甲烷化工艺和催化剂技术均需要进口。

传统的煤制天然气工艺中，粗煤气首先经过变换反应调整氢碳摩尔比在3.0-3.05之间，随后进入甲烷化单元发生甲烷化反应。反应原理如下：

甲烷化反应的特点是强放热，高浓度一氧化碳在绝热反应器中反应产生的绝热温升大，若不采取有效措施，将会导致设备超温和催化剂烧结失活。传统的工艺路线采用部分产品气循环，并与原料气混合后进入高温甲烷化反应器，通过间接稀释原料中一氧化碳浓度来控制反应器出口温度。但设置循环回路后导致初级高温甲烷化反应器气进料量增大，催化剂装填量和设备投资增大，且进一步限制了装置规模的大型化。同时，该流程还需要增加循环压缩机，设备维护和操作费用加大。国内煤制天然气工艺的相关专利大多也采用循环回路的方法控制高温甲烷化反应器的出口温度，也有采用水蒸气进料稀释、多级串并联或预甲烷化等方法设计无循环回路甲烷化工艺的报道。此外，也有专利报道采用等温甲烷化工艺，但所述等温甲烷化过程不易控制，存在容易超温的风险。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种系统简单、节能降耗、易于操作、灵活可控、投资成本和运行成本低的无循环煤制气系统。

技术方案包括依次串联的变换反应单元、第一净化单元和高温甲烷化反应单元，所述高温甲烷化反应单元的出口还依次连接等温甲烷化反应单元和低温甲烷化反应单元，所述等温甲烷化反应单元的入口还与第二净化单元的出口连接。

所述变换反应单元包括依次串联的一级变换反应器、变换气液分离罐、二级变换反应器和三级变换反应器。

所述等温甲烷化反应单元包括依次串联的多个甲烷化反应器，所述第二净化单元的出口分别与每个等温甲烷化反应器的入口相连。

所述高温甲烷化反应单元至少包括串联的高温甲烷化反应器及蒸汽过热器，所述等温甲烷化反应单元的多个甲烷化反应器均带有汽包，至少一个汽包与所述蒸汽过热器连接。所述低温甲烷化反应单元包拓依次串联的甲烷化气液分离罐、低温甲烷化反应器和产品气液分离罐。

有益效果：

本实用新型中将粗煤气分成两股，一股变换、净化后送入高温甲烷化反应单元，另一股净化后与出高温甲烷化反应单元的反应气混合再送入等温甲烷化反应单元，通过灵活调节两股粗煤气的比值以及变换反应深度，从而可以灵活调节各个等温甲烷化反应单元入口一氧化碳含量和温度等参数，使其满足等温甲烷化反应的要求，有效控制等温甲烷化反应器的反应负荷和反应剧烈程度。各反应单元的反应气不进行循环，节省设备投资、减少了催化剂的消耗量，也减少压缩机的能耗，有利于系统的工业化和大型化。本实用新型具有系统简单、节能降耗、易于操作、灵活可控、投资成本和运行成本低的优点。

附图说明

图1为本实用新型系统图。

其中：r101-一级变换反应器；r102-二级变换反应器；r103-三级变换反应器；s101-变换气液分离罐；s201-蒸汽过热器；s401-甲烷化气液分离罐；s402-产品气液分离罐；r201-高温甲烷化反应器；a101-第一净化单元；a102-第二净化单元；r301-第一等温甲烷化反应器；r302-第二等温甲烷化反应器；r303-第三等温甲烷化反应器；d301、d302、d303-汽包；r401-低温甲烷化反应器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明：

参见图1，本发明系统包括依次串联的变换反应单元、第一净化单元a101和高温甲烷化反应单元，所述高温甲烷化反应单元的出口还依次连接等温甲烷化反应单元和低温甲烷化反应单元，所述等温甲烷化反应单元的入口还与第二净化单元a102-的出口连接。

本实施例中：所述变换反应单元包括依次串联的一级变换反应器r101、变换气液分离罐s101、二级变换反应器r102和三级变换反应器r103，可实现深度变换反应。

所述高温甲烷化反应单元至少包括串联的高温甲烷化反应器r201及蒸汽过热器s201。

所述等温甲烷化反应单元包括依次串联的第一等温甲烷化反应器r301、第二等温甲烷化反应器r302和第三等温甲烷化反应器r303，所述第二净化单元a102的出口分别与每个等温甲烷化反应器的入相连；所述第一等温甲烷化反应器r301、第二等温甲烷化反应器r302和第三等温甲烷化反应器r303分别带有汽包d301、d302、d303。至少一个汽包与所述蒸汽过热器s201连接，本实施例中第一等温甲烷化反应器r301的汽包d301与蒸汽过热器s201连接，通过将汽包d301产生的蒸汽送入蒸汽过热器s201中与出高温甲烷化反应器r201的高温反应气间接换热，可生成高品蒸汽。

所述低温甲烷化反应单元包拓依次串联的甲烷化气液分离罐s401、低温甲烷化反应器r401和产品气液分离罐s402。

工艺流程：

工艺流程如图1所示，经过除尘、除油后的粗煤气(组成h2-17.98mol％，co-52.47mol％，co2-7.45mol％，ch4-0，n2-0.8mol％，h2o-20.8mol％，c2h6-0，h2s-0.43mol％，cos-0.01mol％，ar-0.06mol％，o2-0；温度168℃，压力3.9mpa，流量30776.7kmol/h)分成两股，第一股粗煤气(气量占粗煤气总量的60-90mol％)先进入变换反应单元，依次经一级变换反应器r101、变换气液分离罐s101、二级变换反应器r102和三级变换反应器r103进行三级变换，变换后的合成气经净化单元a101除去的硫化氢、羰基硫和有机硫等杂质硫后进入高温甲烷化反应器r201发生甲烷化反应，控制反应器出口温度620-700℃，得到含有一定甲烷化含量的合成气。

另一股粗煤气先经净化单元a102除去硫化氢、羰基硫和有机硫等杂质，并作为碳源送入等温甲烷化反应单元参与后续甲烷化反应生成甲烷。每股合成气按比例与上一级甲烷化单元产品气混合，主要通过控制混合气中一氧化碳含量从而控制下一等温甲烷化反应器内反应负荷，所述等温甲烷化反应器数量优选为2-5个，具体数量由粗煤气组成和高温甲烷化反应器r201出口温度决定。本实施例中采用三个等温甲烷化反应器串联，入口混合气中一氧化碳含量控制在5-20％，且随反应进行，三个等温甲烷化反应器的入口混合气中一氧化碳含量在上述范围内逐渐提高，进而有效控制等温甲烷化反应的飞温。甲烷化生成的水分依次进入各级反应器，水分含量控制在10-40％，此处水分含量可根据反应器数量和尺寸大小通过中间冷凝器分离的方式移除部分水分。为了保证一氧化碳完成转化生成甲烷，在等温甲烷化反应单元后串联低温甲烷化单元，出口温度控制在250-480℃之间，而且出等温甲烷化反应单元的产品气最后一级低温甲烷化单元，产品气可先经冷却后送入甲烷化气液分离罐s401分离除掉部分水分，随后再进入最后一级低温甲烷化反应器r401一氧化碳转化率大于99.9％，最后再经冷却后经产品气液分离罐s402除掉部分水分后得到合成天然气，所产合成天然气的组成为h2-0.5mol％，co-0，co2-0.5mol％，ch4-97.9mol％，n2-0.8mol％，h2o-0.3mol％；温度40℃，压力2.8mpa，流量5461.5kmol/h。