CN105779047A - 利用烟道气制液化天然气的工艺与*** - Google Patents

利用烟道气制液化天然气的工艺与*** Download PDF

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Abstract

本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺与***，其中，利用烟道气制液化天然气的***包括：二氧化碳回收装置、气柜、二氧化碳回收装置、压缩机、甲烷合成反应器、液化分离装置，液化分离装置与甲烷合成反应器通过管路连接。本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，包括：回收烟道气中的二氧化碳；混合焦炉气与步骤一得到的二氧化碳；压缩上一步骤得到的混合气；使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷；对甲烷化的混合气液化分离处理。本发明的技术方案的优点是：将烟道气中的CO2转变成CH4，减少了CO2的排放同时，增加了液化天然气的产量，节能环保；将液化分离装置中的富氢气返回至气柜，增加了氢气的利用率。

Description

利用烟道气制液化天然气的工艺与***
技术领域
本发明涉及废气回收利用领域，特别是涉及一种利用烟道气制液化天然气的工艺与***。
背景技术
我国是世界上第一大焦炭生产国，目前焦炭总产能约为5亿吨，2015年焦炭产量为4.48亿吨，并副产数量巨大的焦炉气。这些气体除自用、民用及商用燃料外，每年放散的焦炉气超过200亿m3。
焦炉气甲烷化制天然气具有变废为宝的功能，
目前甲烷化工艺主要有：托普索公司的甲烷化技术、戴维甲烷化技术以及鲁奇甲烷化技术。其主要反应为氢气和CO及CO2反应生成CH4和H2O并放出热量，反应化学式为：
CO+3H2→CH4+H2O△H298K＝-206.2KJ/mol
CO2+4H2→CH4+2H2O△H298K＝-165.0KJ/mol
生成的甲烷可以制成CNG也可以直接液化分离成液化天然气，反应放出的热量生成高温高压蒸汽。由于液化天然气是常温常压下天然气体积的1/625，因此将天然气直接液化可以大大节约储运空间和成本，运输方式更为灵活，而且提高了燃烧性能，依次随着低温分离技术的发展，将气体液化制液化天然气的应用也越来越多。
由于焦炉煤气中的氢气是富裕的，而碳是不足的，典型的焦炉气成分如表1所示。
表1
成分 CH4 N2 CO2 CO H2 C2H6
含量，mol％ 24.7 4.5 2.8 7.4 57.8 2
对于化工厂来说，碳的来源非常丰富，其中可以利用的有烟道气，烟道气中CO2含量约为13％，烟道气的典型成分如表2所示，CO2直接排放会增加温室效应，污染环境，带来极大浪费。
表2
成分 N2 CO2 CO O2 H2O
含量，mol％ 64.4 12.9 5.5 9.2 8
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以烟道气充分利用的利用烟道气制液化天然气的工艺与***。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，包括：
用于回收烟道气中的二氧化碳的二氧化碳回收装置，与烟道气气源通过管道连接；
用于将焦炉气、二氧化碳、富氢气混合得到混合气的气柜，气柜的进气口与焦炉气气源通过第一管路连接；二氧化碳回收装置的二氧化碳出气口与气柜的进气口通过第二管路连接；
用于压缩混合气的压缩机，压缩机的进气口与气柜的出气口通过管路连接；
用于使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷的甲烷合成反应器，与压缩机通过管路连接；
用于对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气的液化分离装置，与甲烷合成反应器通过管路连接，液化分离装置的富氢气出口与气柜的进气口通过第三管路连接。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，还包括：用于对混合气净化处理，使混合气脱萘、脱焦油、脱硫的净化装置，净化装置的进气口与压缩机的出气口通过管路连接，净化装置的出气口与甲烷合成反应器的进气口通过管路连接。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，甲烷合成反应器与液化分离装置之间设置有用于在液化分离处理之前对甲烷化的混合气干燥纯化处理，使甲烷化的混合气脱水脱碳的分子筛，分子筛为4A分子筛或13X分子筛。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，压缩机可以是往复压缩机或螺杆压缩机或离心压缩机。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，二氧化碳回收装置为胺液吸收塔或变压吸附塔。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，包括：
步骤一、回收烟道气中的二氧化碳；
步骤二、混合焦炉气与步骤一得到的二氧化碳；
步骤三、压缩上一步骤得到的混合气；
步骤四、使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷；
步骤五、对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气；
步骤六、回收烟道气中的二氧化碳；
步骤七、混合焦炉气、上一步骤得到的二氧化碳以及从甲烷化的混合气分离出的富氢气，得到混合气；
步骤八、压缩上一步骤得到的混合气；
步骤九、使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷；
步骤十、对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气；
重复步骤六至步骤十。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，其中，还包括：压缩混合气之后对混合气净化处理，使混合气脱萘、脱焦油、脱硫。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，其中，还包括：在液化分离处理之前对甲烷化的混合气干燥纯化处理，使甲烷化的混合气脱水脱碳。
本发明的技术方案的优点是：将烟道气中的CO2转变成CH4，减少了CO2的排放同时，增加了液化天然气的产量，节能环保；将液化分离装置中的富氢气返回至气柜，增加了氢气的利用率。
附图说明
图1为本发明的利用烟道气制液化天然气的***的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的利用烟道气制液化天然气的***，包括：
用于回收烟道气中的二氧化碳的二氧化碳回收装置1，与烟道气气源通过管道连接；
用于将焦炉气、二氧化碳、富氢气混合得到混合气的气柜2，气柜的进气口与焦炉气气源通过第一管路11连接；二氧化碳回收装置的二氧化碳出气口与气柜的进气口通过第二管路12连接；
用于压缩混合气的压缩机3，压缩机3的进气口与气柜2的出气口通过管路连接；
用于使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷的甲烷合成反应器4，与压缩机通过管路连接；
用于对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气的液化分离装置5，与甲烷合成反应器通过管路连接，液化分离装置5的富氢气出口与气柜2的进气口通过第三管路13连接。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，还包括：用于对混合气净化处理，使混合气脱萘、脱焦油、脱硫的净化装置6，净化装置6的进气口与压缩机的出气口通过管路连接，净化装置6的出气口与甲烷合成反应器的进气口通过管路连接。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，甲烷合成反应器与液化分离装置之间设置有用于在液化分离处理之前对甲烷化的混合气干燥纯化处理，使甲烷化的混合气脱水脱碳的分子筛7，分子筛7为4A分子筛或13X分子筛。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，压缩机3可以是往复压缩机或螺杆压缩机或离心压缩机。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，二氧化碳回收装置1为胺液吸收塔或变压吸附塔。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，液化分离装置5为冷箱，冷箱里面的设备为脱氢塔和甲烷精馏塔。
本发明的利用烟道气制液化天然气的***，其中，净化装置6包括活性炭吸附塔以及氧化锌脱硫塔，活性炭吸附塔可以同时脱除苯萘，氧化锌脱硫塔用于脱硫。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，包括：
步骤一、回收烟道气中的二氧化碳；
步骤二、混合焦炉气与步骤一得到的二氧化碳；
步骤三、压缩上一步骤得到的混合气；
步骤四、使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷；
步骤五、对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气；
步骤六、回收烟道气中的二氧化碳；
步骤七、混合焦炉气、上一步骤得到的二氧化碳以及从甲烷化的混合气分离出的富氢气，得到混合气；
步骤八、压缩上一步骤得到的混合气；
步骤九、使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷；
步骤十、对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气；
重复步骤六至步骤十。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，其中，还包括：压缩混合气之后对混合气净化处理，使混合气脱萘、脱焦油、脱硫。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，其中，还包括：在液化分离处理之前对甲烷化的混合气干燥纯化处理，使甲烷化的混合气脱水脱碳。
本发明的技术方案实施时，从烟道气中提取CO2后，混合到焦炉气中，混合后的混和气经过净化压缩后，进行甲烷化工序，在甲烷化工序中，混合气中的CO、CO2和氢气放热反应，生成CH4，由于混合气甲烷化时，氢气是富裕的，因此为了提供甲烷的产量，从外界补充CO2显得非常必要，并且甲烷化后的气体经过低温分离，分离后的氢气再次补充到甲烷化装置，提高甲烷化的转化效率，增加液化天然气产品产出率，获得最大的经济效益。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，其中，CO2回收可以采用胺液吸收法、变压吸附法。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，其中，压缩上混合气至10-35bar，压缩机可以是往复压缩机、螺杆压缩机或离心压缩机。
本发明的利用烟道气制液化天然气的工艺，其中，还包括：压缩混合气之后对混合气净化处理，使混合气脱萘、脱焦油、脱硫、脱苯。
本发明采用的技术方案的流程如下：焦炉气与来自二氧化碳回收装置1的CO2气体以及来自液化分离装置5的富氢气混合后，进入气柜2，然后依次经过压缩工序压缩至高压，然后进行净化工序脱萘、脱焦油、脱硫，防止这些杂质气体进入实施甲烷化工序的甲烷合成反应器，使催化剂中毒，净化后的气体进行甲烷化工序，在甲烷化工序中氢气和一氧化碳及二氧化碳发生强烈放热的化学反应，生成甲烷和水并放出大量的热量，然后进入分子筛，进行干燥纯化工序，脱除气体中含有的CO2和H2O，使焦炉气的露点＜-65℃，CO2含量＜2ppm，最后进行液化分离工序，分离出液化天然气产品、富氢气和富氮气，液化天然气产品输出，而富氢气返回至气柜入口。
本发明技术方案的优点是：
(1)将烟道气中的CO2转变成CH4，减少了CO2的排放同时，增加了液化天然气的产量，节能环保；
(2)将液化分离装置中的富氢气返回至气柜，增加了氢气的利用率。
本发明的具体实施方式为：
烟道气压力为1.03bar、流量为10000Nm3/h、组分如表2所示，经提纯后，1290Nm3/h的CO2与焦炉气和富氢气混合后进入气柜；焦炉气的压力为1.03bar、流量为30000Nm3/h、组分如表1所示；富氢气的压力为1.03bar、流量为7295Nm3/h、组分如表3所示。
表3富氢气组分
成分 CH4 H2 N2
含量，mol％ 0.5 78.8 20.7
经压缩工序压缩至25bar，再经过净化工序脱除苯、萘和硫，将苯、萘、硫的含量控制在20ppm、1ppm、0.1ppm以下，然后进入甲烷化工序，甲烷化反应，主反应方程式为：
CO+3H2→CH4+H2O△H298K＝-206.2KJ/mol
CO2+4H2→CH4+2H2O△H298K＝-165.0KJ/mol
在甲烷化工序中，能够将CO、CO2基本上转换为甲烷，甲烷化后的组分如表4所示，然后进入干燥纯化工序，脱除甲烷化后的残余CO2和H2O，确保露点＜-65℃，CO2含量＜2ppm，最后进入液化分离工序，在液化分离工序中，将甲烷化的混合气分离出液化天然气产品、富氢气和富氮气。
表4甲烷化后气体组分
组分 CH4 N2 CO CO2 H2 C2H6 C3H8 H2O
含量，mol％ 28.4 8.6 0.0048 0.0052 15.1 1.63 0.03 46.23
在实践中，焦炉气不补充CO2的话，液化天然气产量大约为11150Nm3/h,补充10000Nm3/h的烟道气后，液化天然气产量为12910Nm3/h，产量提高了15.8％。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用烟道气制液化天然气的***，其特征在于，包括：
用于回收烟道气中的二氧化碳的二氧化碳回收装置，与烟道气气源通过管道连接；
用于将焦炉气、二氧化碳、富氢气混合得到混合气的气柜，气柜的进气口与焦炉气气源通过第一管路连接；二氧化碳回收装置的二氧化碳出气口与气柜的进气口通过第二管路连接；
用于压缩混合气的压缩机，压缩机的进气口与气柜的出气口通过管路连接；
用于使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷的甲烷合成反应器，与压缩机通过管路连接；
用于对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气的液化分离装置，与甲烷合成反应器通过管路连接，液化分离装置的富氢气出口与气柜的进气口通过第三管路连接。
2.如权利要求1所述的利用烟道气制液化天然气的***，其特征在于，还包括：用于对混合气净化处理，使混合气脱萘、脱焦油、脱硫的净化装置，净化装置的进气口与压缩机的出气口通过管路连接，净化装置的出气口与甲烷合成反应器的进气口通过管路连接。
3.如权利要求2所述的利用烟道气制液化天然气的***，其特征在于，甲烷合成反应器与液化分离装置之间设置有用于在液化分离处理之前对甲烷化的混合气干燥纯化处理，使甲烷化的混合气脱水脱碳的分子筛，分子筛为4A分子筛或13X分子筛。
4.如权利要求3所述的利用烟道气制液化天然气的***，其特征在于，压缩机可以是往复压缩机或螺杆压缩机或离心压缩机。
5.如权利要求4所述的利用烟道气制液化天然气的***，其特征在于，二氧化碳回收装置为胺液吸收塔或变压吸附塔。
6.一种利用烟道气制液化天然气的工艺，其特征在于，包括：
步骤一、回收烟道气中的二氧化碳；
步骤二、混合焦炉气与步骤一得到的二氧化碳；
步骤三、压缩上一步骤得到的混合气；
步骤四、使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷；
步骤五、对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气；
步骤六、回收烟道气中的二氧化碳；
步骤七、混合焦炉气、上一步骤得到的二氧化碳以及从甲烷化的混合气分离出的富氢气，得到混合气；
步骤八、压缩上一步骤得到的混合气；
步骤九、使混合气中的氢气与二氧化碳反应生成甲烷；
步骤十、对甲烷化的混合气液化分离处理，使甲烷化的混合气分离出液化天然气、富氢气和富氮气；
重复步骤六至步骤十。
7.如权利要求6所述的利用烟道气制液化天然气的工艺，其特征在于，还包括：压缩混合气之后对混合气净化处理，使混合气脱萘、脱焦油、脱硫。
8.如权利要求7所述的利用烟道气制液化天然气的工艺，其特征在于，还包括：在液化分离处理之前对甲烷化的混合气干燥纯化处理，使甲烷化的混合气脱水脱碳。
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