CN104327895A - 一种氢碳比控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种合成天然气工艺中的一种氢碳比控制***及控制方法，该***为包括大量或配气甲烷化反应器，补充甲烷化反应器，富CO进气管道、富H2进气管道、第一调节阀、第二调节阀以及总管道；大量或配气甲烷化反应器通过总管道与补充甲烷化反应器连接，富CO进气管道与富H2进气管道平行排列并与总管道交汇；第一调节阀位于富CO进气管道上，第二调节阀位于富H2进气管道上。氢碳比控制***具有结构简单、控制精准的有益效果。该方法为从大量或配气甲烷化反应器出来的反应气与通过第一调节阀或第二调节阀调节后的富CO和富H2共同汇合之后进入补充甲烷化反应器。该方法操作简便，快捷的效果。
Description
技术领域
本发明涉及合成天然气领域，具体而言，涉及一种合成天然气工艺中的一种氢碳比控制***及控制方法。
背景技术
天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。
天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等)。而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。在石油地质学中，通常指油田气和气田气。其组成以烃类为主，并含有非烃气体。天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等，也有少量出于煤层。它是优质燃料和化工原料。天然气主要用途是作燃料，可制造炭黑、化学药品和液化石油气，由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成。
天然气主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。天然气在送到最终用户之前，为助于泄漏检测，还要用硫醇、四氢噻吩等来给天然气添加气味。
随着人们生活水平提高和工业日益快速增长的需求，对天然气的需求越来越大，在较长时间内出现供不应求的局面。而甲烷化工艺合成天然气逐渐成为这个领域发展的主流方向。
甲烷化工艺，是指合成气中CO、CO2以及H2在一定的温度、压力及催化剂的作用下，进行化学反应生成甲烷的过程。反应中保持氢气微过量，可使CO转化率达100％，通过甲烷化制备的天然气中甲烷含量高(在95％以上)。目前的甲烷化工艺大都分成两个阶段：即大量甲烷化(或配气甲烷化)和补充甲烷化。大部分甲烷在第一阶段(分成2-3级)生成，控制好反应温度不超温是工艺重点，目前商业化的生产工艺通过循环气来控制反应温度称为大量甲烷化，还有一种方式是通过原料气逐级配气(控制其中一种原料的量)来控制反应温度，称为配气甲烷化。第二阶段补充甲烷化主要是为了实现完全甲烷化，通过逐级(分为2-3级)平衡降温来实现。但无论是大量甲烷化还是配气甲烷化，由于气量较大，很难实现反应原料气中氢碳的精确配比，氢碳摩尔比仅在原料气进入大量甲烷化阶段之前进行分析和调节，由于天然气中对CO含量要求较高，CO有毒，其含量高会存在危险，目前工业化生产中通常采用氢含量稍大于化学计量比的方式，合成天然气要求CO＜0.01％(v)，H2＜4％(v)。但是，事实上现有工艺原料气中CO、CO2和H2很难以最佳配比进入反应器，造成了合成天然气产品H2含量易超标，导致合成天然气的热值降低。
因此，如何实现原料气中氢碳比的精确控制是主要的研究方向。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种氢碳比控制***，所述的氢碳比控制***具有结构简单、控制精准等优点。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述氢碳比控制***控制氢碳比的方法，该方法具有操作方便、快捷等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种氢碳比控制***，包括大量或配气甲烷化反应器，补充甲烷化反应器，富CO进气管道、富H2进气管道、第一调节阀、第二调节阀以及总管道；
大量或配气甲烷化反应器通过总管道与补充甲烷化反应器连接，富CO进气管道与富H2进气管道平行排列并与总管道交汇；
第一调节阀位于富CO进气管道上，第二调节阀位于富H2进气管道上。
优选地，氢碳比控制***还包括在线分析装置，总管道上靠近补充甲烷化反应器的一端设置有在线分析装置。
优选地，第一调节阀与所述第二调节阀为气动调节阀。
优选地，第一调节阀与第二调节阀至少为两个或两个以上。
优选地，第一调节阀与所述第二调节阀的阀体为截止阀、闸阀、角阀、蝶阀以及球阀中的其中一种。
优选地，第一调节阀的前后各设置有一个截止阀，第二调节阀的前后各设置有一个截止阀。
优选地，还包括第一旁路阀、第二旁路阀、第一旁路管道以及第二旁路管道；
第一旁路阀位于第一旁路管道上，第一旁路管道与富CO进气管道并联且第一旁路管道的两端分别与富CO进气管道上的两侧截止阀的外侧管道连接；
第二旁路阀位于第二旁路管道上，第二旁路管道与富H2进气管道并联且第二旁路管道的两端分别与富H2进气管道上的两侧截止阀的外侧管道连接。
优选地，还包括富CO稳压***与富H2稳压***，富CO稳压***连接富CO进气管道的一端，富H2稳压***连接富H2进气管道的一端。
本发明实施例提供的氢碳比控制***通过在富CO进气管道与富H2进气管道上设置调节阀以实现微量调节操作达到精确控制，这样能够实现对原料进气时富CO与富H2配比的精确控制，而且控制及时，使得原料气CO、CO2和H2以最佳配比进入补充甲烷化反应器，合成的天然气产品质量更好。
本发明实施例还提供了采用氢碳比控制***控制氢碳比的方法，将从大量或配气甲烷化反应器出来的反应气与通过第一调节阀或第二调节阀调节后的富CO和富H2氢碳配比调节后共同汇合之后进入补充甲烷化反应器。
优选地，富H2是氢碳摩尔比大于4的工艺气，富CO是指氢碳摩尔比小于2.5的工艺气。
其中，氢碳摩尔比具体的公式是指(H2-CO2)/(CO+CO2)的摩尔比。
本发明实施例提供的采用氢碳比控制***控制氢碳比的方法，控制方法简单、快捷，而且控制及时，使得原料气CO和H2以最佳配比进入补充甲烷化反应器，合成的天然气产品质量更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例的氢碳比控制***的结构示意图；
图2为本发明另一实施例额氢碳比控制***的结构示意图。
附图标记：
1大量或配气甲烷化反应器； 2补充甲烷化反应器；
3富CO进气管道； 4富H2进气管道；
5第一调节阀； 6第二调节阀；
7总管道； 8在线分析装置；
9第一旁路管道； 10第二旁路管道；
11第一旁路阀； 12第二旁路阀；
13富CO稳压***； 14富H2稳压***。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种氢碳比控制***，如图1所示，包括大量或配气甲烷化反应器1，补充甲烷化反应器2，富CO进气管道3、富H2进气管道4、第一调节阀5、第二调节阀6以及总管道7；
大量或配气甲烷化反应器通过总管道7与补充甲烷化反应器2连接，富CO进气管道3与富H2进气管道4平行排列并与总管道7交汇；
第一调节阀5位于富CO进气管道3上，第二调节阀6位于富H2进气管道4上。
本发明实施例提供的氢碳比控制***通过在富CO进气管道3与富H2进气管道4上设置的调节阀以实现微量调节操作的，这样能够实现对原料进料时富CO与富H2精确控制，而且控制及时，使得原料气CO和H2以最佳配比进入补充甲烷化反应器，合成的天然气产品质量更好。
优选地，如图2所示，氢碳比控制***还包括在线分析装置8，总管道7上靠近补充甲烷化反应器2的一端设置有在线分析装置8。在线分析装置能够自动实时的分析出所测工艺介质中H2、CO以及CO2的摩尔含量，并能同时计算出氢碳摩尔，当该摩尔比偏离反应理论值时，可通过对应的富CO微调管线或富H2微调管线对其进行微量调整。在线分析装置的具体结构为传感器与处理模块进行连接，处理模块最好为DCS***或PLC***，通过传感器传来的数据在处理模块上进行处理分析。
优选地，第一调节阀5与所述第二调节阀6为气动调节阀，气动调节阀比较精准，能够对气体流量实现更精确的控制。
优选地，第一调节阀5与第二调节阀6至少为两个或两个以上，为了实现更加准确的调节，也可以在各级补充甲烷化反应器出口管线上分别设置调节阀。
优选地，第一调节阀与所述第二调节阀的阀体为截止阀、闸阀、角阀、蝶阀以及球阀中的其中一种。
优选地，第一调节阀的前后各设置有一个截止阀，第二调节阀的前后各设置有一个截止阀，当调节阀出现问题时为了检修方便将调节阀拆下，最好在调节阀的前后各设置一个截止阀便于检修拆卸。
优选地，还包括第一旁路阀11、第二旁路阀12、第一旁路管道9以及第二旁路管道10；
第一旁路阀11位于第一旁路管道9上，第一旁路管道9与富CO进气管道并联且第一旁路管道的两端分别与富CO进气管道上的两侧截止阀的外侧管道连接；
第二旁路阀12位于第二旁路管道10上，第二旁路管道10与富H2进气管道并联且第二旁路管道的两端分别与富H2进气管道上的两侧截止阀的外侧管道连接。
当第一调节阀与第二调节阀出现问题需要维修时，为了不影响正常的工艺流程，可以接入第一旁路管道与第二旁路管道，由旁路管道上的第一旁路阀与第二旁路阀暂时代替工作，以保证生产的正常运行。
优选地，还包括富CO稳压***13与富H2稳压***14，富CO稳压***连接富CO进气管道的一端，富H2稳压***连接富H2进气管道的一端，为了使原料进气更稳定，压力更加平稳，最好在原料进气的前端均设置一个稳压***。
本发明实施例还提供了采用氢碳比控制***控制氢碳比的方法，将从大量或配气甲烷化反应器出来的反应气与通过第一调节阀或第二调节阀调节后的富CO和富H2配气后共同汇合进入补充甲烷化反应器。
本发明实施例提供的采用氢碳比控制***控制氢碳比的方法，控制方法简单、快捷，而且控制及时，在具体调节时，两个调节阀最好不要同时动作，固定富CO或富H2的进气量，通过调节第一调节阀或第二调节阀，使得原料气CO和H2以最佳配比进入补充甲烷化反应器，合成的天然气产品质量更好。
优选地，富H2是氢碳摩尔比大于4的工艺气，富CO是指氢碳摩尔比小于2.5的工艺气，一般在具体反应过程中H2是过量的，所以在控制富H2与富CO进料时，最好不要含有过多CO，防止反应剧烈，产生大量反应热造成生产波动不稳，因此富H2与富CO进料混合后氢碳摩尔比控制在3:1左右即可。
本发明实施例的氢碳比控制***的具体工艺流程如下：
由H2及CO在线分析装置的显示数值可知进入补充甲烷化反应器的工艺介质中富H2及富CO的氢碳摩尔比，当氢碳摩尔比偏离反应理论值时，可通过富H2或富CO的第一调节阀或第二调节阀进行微量调整，固定其中一个进气量，调节另外一个进气量，以保证补充甲烷化中H2、CO以及CO2能以最佳摩尔配比进行充分的化学反应，提高产品天然气中甲烷的含量。
本发明实施例可以精确调节进入补充甲烷化阶段的工艺气中H2、CO以及CO2的含量，使补充甲烷化阶段中H2、CO以及CO2能以最佳摩尔配比进行充分的化学反应，降低合成天然气中H2、CO以及CO2的含量，提高甲烷的含量及合成天然气的热值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种氢碳比控制***，其特征在于，包括大量或配气甲烷化反应器，补充甲烷化反应器，富CO进气管道、富H2进气管道、第一调节阀、第二调节阀以及总管道；
所述大量或配气甲烷化反应器通过总管道与所述补充甲烷化反应器连接，所述富CO进气管道与所述富H2进气管道平行排列并与所述总管道交汇；
所述第一调节阀位于所述富CO进气管道上，所述第二调节阀位于所述富H2进气管道上。
2.根据权利要求1所述的氢碳比控制***，其特征在于，还包括在线分析装置，所述总管道上靠近所述补充甲烷化反应器的一端设置有所述在线分析装置。
3.根据权利要求1所述的氢碳比控制***，其特征在于，所述第一调节阀与所述第二调节阀为气动调节阀。
4.根据权利要求3所述的氢碳比控制***，其特征在于，所述第一调节阀与所述第二调节阀至少为两个或两个以上。
5.根据权利要求3所述的氢碳比控制***，其特征在于，所述第一调节阀与所述第二调节阀的阀体为截止阀、闸阀、角阀、蝶阀以及球阀中的其中一种。
6.根据权利要求5所述的氢碳比控制***，其特征在于，所述第一调节阀的前后各设置有一个截止阀，所述第二调节阀的前后各设置有一个截止阀。
7.根据权利要求6所述的氢碳比控制***，其特征在于，还包括第一旁路阀、第二旁路阀、第一旁路管道以及第二旁路管道；
所述第一旁路阀位于所述第一旁路管道上，所述第一旁路管道与所述富CO进气管道并联且所述第一旁路管道的两端分别与所述富CO进气管道上的两侧所述截止阀的外侧管道连接；
所述第二旁路阀位于所述第二旁路管道上，所述第二旁路管道与所述富H2进气管道并联且所述第二旁路管道的两端分别与所述富H2进气管道上的两侧所述截止阀的外侧管道连接。
8.根据权利要求1所述的氢碳比控制***，其特征在于，还包括富CO稳压***与富H2稳压***，所述富CO稳压***连接所述富CO进气管道的一端，所述富H2稳压***连接所述富H2进气管道的一端。
9.采用权利要求1-8任一项所述的氢碳比控制***控制氢碳比的方法，其特征在于，将从所述大量或配气甲烷化反应器出来的反应气与通过所述第一调节阀或所述第二调节阀调节后的富CO和富H2配气后共同汇合进入所述补充甲烷化反应器。
10.根据权利要求9所述的控制氢碳比的方法，其特征在于，所述富H2是氢碳摩尔比大于4的工艺气，所述富CO是指氢碳摩尔比小于2.5的工艺气。
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