CN101293812B - 含甲烷合成气联产甲醇和天然气技术 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤气化综合利用技术领域，具体为一种含甲烷合成气联产甲醇和天然气技术。解决现有技术中存在的对合成气中甲烷处理方案的不足之处。含甲烷的合成气加压，然后与出甲醇合成塔后的循环气混合换热合成甲醇，出甲醇合成塔的含甲醇气与入塔混合气换热后将气体冷确，甲醇被分离，分离了甲醇后的气体一部分作为弛放气进入甲烷合成装置，另一部分经循环机加压后再循环与含甲烷的合成气混合后再进入甲醇合成塔继续反应得到天然气。该技术首创了高CH4惰性气体甲醇合成以及将甲醇合成中产生的弛放气再合成甲烷得到天然气的联产工艺技术，将两种合成压力、热能利用有机的结合在一起，做到物尽其用，达到了投资省、节能、消耗低、效益好的目的。
Description
技术领域
本发明属于煤气化综合利用技术领域，具体为一种含甲烷合成气联产甲醇和天然气技术。
背景技术
目前，4.0MPa(a)纯氧加压移动床固态排灰煤气化，对于高挥发煤，粗煤气净化后的合成气中含甲烷16～17％，占煤气热值的40％。纯氧移动床液态排渣煤气化，净化后的合成气中CH4含量14～15％，占煤气热值37％左右。3MPa纯氧流化床加压煤气化，净化后的合成气中CH4含量8～9％，占煤气热值25％。煤间接液化制合成油，尾气中含有CH442％，占煤气热值70％。焦炉煤气中CH4含量26％左右，占焦炉煤气热值53％。
合成气中甲烷的存在对甲醇合成不利，降低合成转化率，增加弛放气量排放，增加原料、动力消耗，增加投资等。为了克服以上技术问题，可以采用以下方案：方案1：将合成气中甲烷转化成CO、H2生产甲醇。方案2：采用深冷将甲烷液化，CH4从合成气中分离出来，生产液化天然气，剩下的CO、H2去合成甲醇。方案1经过工厂实践证明其工艺过程复杂，工艺流程长，原材料动力消耗高，产品成本高，不宜选用。方案2：在建的工厂证明投资大、动力消耗大、效益影响大。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的对合成气中甲烷处理方案的不足之处而提供了一种含甲烷合成气联产甲醇和天然气的技术。
本发明是由以下技术方案实现的，一种含甲烷合成气联产甲醇和天然气技术，含甲烷的合成气(H2、CO、CO2、CH4)加压至6-8MPa(a)，然后与出甲醇合成塔后的循环气混合，混合后的气体经过换热至220～230℃，进入甲醇合成塔合成甲醇，出甲醇合成塔的含甲醇气与入塔混合气换热后，经过空冷器、水冷器最终将气体冷至40℃，甲醇被冷凝成液体而分离，分离了甲醇后的气体一部分作为弛放气进入甲烷合成装置，另一部分经循环机加压后再循环与含甲烷的合成气混合并预热到所需温度后再进入甲醇合成塔继续反应，
来自甲醇合成反应并分离甲醇后的弛放气预热至180～190℃与从第一甲烷化反应器出来的水蒸汽饱和温度170℃的循环气混合后进入第一甲烷化反应器，在240～250℃进入催化床反应生成甲烷，经第二、第三甲烷反应器最后得到天然气。
与现有技术相比，本发明所述技术首创了高CH4惰性气体甲醇合成以及将甲醇合成中产生的弛放气中H2、CO、CO2再合成甲烷得到天然气的联产工艺技术，将两种合成压力、热能利用有机的结合在一起，做到物尽其用，达到了投资省、节能、消耗低、效益好的目的。
特别是和背景技术中所述的方案2相比较，本发明因使用的合成气压缩机，甲醇合成***与同样规模较理想的合成气组成相比设备能力增大，投资增加，循环机电耗增加，但增加十分有限。通过计算可知：
(1)同样生产150万t/a甲醇，本发明的电耗(包括合成气压缩机、合成循环机、合成天然气循环机电耗在内)只比方案2增加36％。
(2)本发明不消耗蒸汽，还可副产188t/h 2.6MPa(a)饱和蒸汽(甲醇合成副产)，合成天然气可副产4.0MPa(a)450℃过热蒸汽125.8t/h，而方案2除副产188t/h 2.6MPa(a)饱和蒸汽外，还要消耗8.8MPa(a)535℃过热蒸汽284t/h，3.4MPa(a)、435℃过热蒸汽44t/h，0.5MPa(g)、158℃饱和蒸汽5.6t/h。
(3)方案2需冷却水35446t/h(冷却水不包括甲醇合成)，而本发明仅需1221t/h.
(4)投资方案2仅深冷分离生产LNG需9亿元人民币(技术、关键设备进口)，而本发明包括合成气压缩、甲醇合成***由于气量增加造成投资增加1.87亿元，合成天然气投资1.5亿元，总计约3亿元，因此本发明的投资仅为方案2投资的33％。
(5)方案2有甲醇弛放气约22500Nm3/h，弛放气放出***增加原材料、动力消耗以及提高成本。本发明技术的优点是没有弛放气排放，天然气压力有6MPa(a)左右，可远距离输送。
通过上述比较分析，含甲烷的合成气生产甲醇并联产天然气可达到投资省、成本低、效益好的目的。
附图说明
图1为本发明所述的工艺流程图
图中1-甲醇合成塔、2-气气换热器、3-空冷器、4-水冷器、5-甲醇分离器、6-循环机、7-换热器、8-第一甲烷化反应器、9-蒸汽过热器、10-第一废热锅炉、11-第二甲烷化反应器、12-第二废热锅炉、13-脱盐水预热器、14-甲烷合成循环机、15-第三甲烷化反应器、16-底压废锅、17-甲烷弛放预热器、18-水冷器、19-水分离器
具体实施方式
以下结合图1对本发明做进一步具体说明，一种含甲烷合成气联产甲醇和天然气技术，含甲烷的合成气(H2、CO、CO2、CH4)用合成气压缩机加压至7MPa(a)左右，然后与出甲醇合成塔1后的循环气混合，混合后的气体经过气气换热器2换热至220～230℃，进入甲醇合成塔1合成甲醇，出甲醇合成塔1的含甲醇气与入塔混合气在气气换热器2换热后，经过空冷器3、水冷器4最终将气体冷至40℃，甲醇被冷凝成液体而在甲醇分离器5内分离，分离了甲醇后的气体一部分作为弛放气进入甲烷合成装置，另一部分经循环机6加压后与含甲烷的合成气混合并预热到所需温度后再进入甲醇合成塔1继续反应，
来自甲醇合成反应并分离甲醇后的弛放气预热至180～190℃与从第一甲烷化反应器出来的水蒸汽饱和温度170℃的循环气混合后进入第一甲烷化反应器，在240～250℃进入催化床反应生成甲烷，经第二、第三甲烷反应器最后得到天然气。
根据合成气不同的摩尔组成，确定新鲜气中H2、CO、CO2、CH4的摩尔组成，保证甲醇质量、天然气质量，全套工艺没有弛放气排放，甲醇合成循环比3.5～4.5和循环气中惰性气体的摩尔组成25～35％。
根据甲醇弛放气摩尔组成，根据甲烷催化剂的特性确定合成天然气循环机即图1中示意的甲烷合成循环机14的位置，确定甲烷合成循环气与新鲜气比、反应器级数及各级的CO、H2、CO2的转化率。
如图1所示意，甲烷化反应器使用了三个，分别为第一甲烷化反应器8，第二甲烷化反应器11，第三甲烷化反应器15，来自甲醇合成的弛放气依次经过第一甲烷化反应器8，第二甲烷化反应器11，第三甲烷化反应器15合成甲烷。甲烷合成循环机14与第一甲烷化反应器8形成循环回路，并位于第一废热锅炉10之后。
来自甲醇合成的弛放气经过预热至180～190℃与从甲烷化反应器出来的水蒸汽饱和温度170℃的循环气混合后进第一甲烷化反应器8夹套，240～250℃进入催化床，H2、CO、CO2发生以下反应：
出第一甲烷化反应器8的气体温度550℃进入蒸汽过热器9，将4.0MPa(a)饱和蒸汽过热至450℃，然后入第一废热锅炉10产生4.0MPa(a)饱和蒸汽。出第一废热锅炉10的含甲烷气一股与循环机出口气体换热后，气体温度降至180℃进甲烷合成循环机14增压，并与来自甲醇合成的弛放气混合，再进第一甲烷合成反应器8夹套，温度升至240～250℃。
出第一废热锅炉10的另一股含甲烷气经锅炉给水预热器后，降至180℃入第二甲烷反应器11的夹套，约240～250℃进催化剂床层，出第二甲烷化反应器11气体温度360℃左右进入第二废热锅炉12生产4.0MPa(a)饱和蒸汽，然后与甲醇弛放气换热后约230℃进第三甲烷化合成反应器15，出来的合成天然气经与甲醇弛放气预热器17与换热后再经锅炉给水预热器或低压废锅16生产0.5MPa(a)饱和蒸汽。
第二、三甲烷合成反应器主要有以下化学反应。
经过三级反应器合成CO转化率近100％，H2转化率达99％，CO2转化率达91％。天然气低热值达30982kJ/Nm3(7400kcal/Nm3)。
Claims (3)
1.一种含甲烷合成气联产甲醇和天然气方法，其特征在于：含甲烷的合成气加压至6-8MPa，然后与出甲醇合成塔后的循环气混合，混合后的气体经过换热至220～230℃，进入甲醇合成塔合成甲醇，出甲醇合成塔的含甲醇气与入塔混合气换热后，经过空冷器、水冷器最终将气体冷至40℃，甲醇被冷凝成液体而分离，分离了甲醇后的气体一部分作为弛放气进入甲烷合成装置，另一部分经循环机加压后再循环与含甲烷的合成气混合并预热到所需温度后再进入甲醇合成塔继续反应，
来自甲醇合成反应并分离甲醇后的弛放气预热至180～190℃与从甲烷化反应器出来的水蒸汽饱和温度170℃的循环气混合后进入甲烷化反应器，在240～250℃进入催化床反应生成甲烷。
2.根据权利要求1所述的含甲烷合成气联产甲醇和天然气方法，其特征在于：甲烷化反应器使用了三个，分别为第一甲烷化反应器，第二甲烷化反应器，第三甲烷化反应器，来自甲醇合成的弛放气依次经过第一甲烷化反应器，第二甲烷化反应器，第三甲烷化反应器最终合成了天然气，合成反应放出的热能分级利用，其有效利用率达98％。
3.根据权利要求1所述的含甲烷合成气联产甲醇和天然气方法，其特征在于：甲醇合成循环比3.5～4.5，循环气中惰性气体的摩尔组成为25～35％。
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