一种无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统及方法，包括配气甲烷化阶段和补充甲烷化阶段，配气甲烷化阶段的各级反应器外部设有反应器冷却夹套，配气甲烷化阶段的各级反应器的进口管线上设有富CO气冷激管线，配气甲烷化阶段的末端及补充甲烷化阶段的末端分别设有热泵，配气甲烷化阶段除第一级反应器之外的各级反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器，所述补充甲烷化阶段除第一级反应器之外的其它反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器。通过设置反应器冷却夹套降低反应器的外壁温度及反应器耐火衬里的厚度，通过在反应器入口设置富CO气冷激管线或反应器入口换热器来降低反应器的入口温度，通过热泵充分利用无循环甲烷化工艺中的低品位热量来副产较高品位的蒸汽。

A system and method for the optimal utilization of energy in the process of non cyclic Methanation

The invention discloses a system and method for optimal utilization of energy circulation in the methanation process, including gas methanation stage and replenishes methane stage outside the reactor with gas methanation stage at a reactor cooling jacket, inlet pipe of each reactor with gas methanation stage is arranged on the rich CO gas cooling pipeline, and added the ends of Methanation methanation stage stage valve are respectively provided with a heat pump, the upstream gas distribution in addition to the first stage of methanation reactor at reactor inlet are respectively arranged at the reactor entrance heat exchanger, upstream of the supplementary methanation stage except the first stage reactor the other reactor inlet are respectively arranged at the reactor entrance heat exchanger. By setting the reactor cooling jacket to reduce the wall temperature and reactor reactor refractory lining thickness, to reduce the entrance temperature of the reactor by CO rich gas pipeline or cold shock reactor entrance heat exchanger is arranged in the reactor entrance, make full use of steam through the heat pump cycle without the methanation process in low grade heat a by-product of higher grade.

【技术实现步骤摘要】
一种无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统及方法
本专利技术涉及一种甲烷化工艺，尤其涉及一种无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统及方法。
技术介绍
甲烷化工艺是指合成气中CO、CO2和H2在一定的温度、压力及催化剂的作用下，发生甲烷化反应生成甲烷的过程。该反应为强放热反应(强放热反应通常是指焓值大于200kJ/mol的反应)，在通常的合成气体组份下，每一个百分点的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升，每一个百分点的CO2甲烷化可产生60℃的绝热温升。受到反应平衡及催化剂性能的限制，在甲烷化工艺中，通常通过设置多级串联的反应器来实现合成气的完全甲烷化。根据反应器内原料气消耗量的不同，甲烷化工艺又包括配气甲烷化(或大量甲烷化)和补充甲烷化(或完全甲烷化)两阶段。大部分甲烷在第一阶段(通常分为2～4级)生成，第二阶段主要是为了实现合成气的完全甲烷化，通过逐级(通常分为2～3级)平衡降温来实现。在配气甲烷化阶段，由于反应器内反应消耗的原料气量大，反应温升剧烈，反应器内部温度高，一般可达500～700℃。因而工业化的甲烷化反应器多通过设置耐火衬里来降低反应器的金属壁温，同时，为了减小耐火衬里的厚度，反应器的外壁裸露在环境中以强化散热。这不仅增加了设备投资、增大了耐火衬里损坏时可能造成的安全风险、增大了反应器外壁存在的烫伤风险，也降低了系统的能量利用率。同时，配气甲烷化阶段反应器的出口温度高，下游多通过设置废热锅炉的形式来降低工艺气体的温度，当废热锅炉副产蒸汽的压力等级较高时，由于蒸汽温度高，废热锅炉两侧的传热温差减小，废热锅炉出口工艺气体温度较高，此时若直接进入下一级反应器，则下一级反应器中CO或H2单程转化率会有所降低，对甲烷化反应不利。因而应设计合理的工艺流程来降低反应器入口的工艺气温度。在甲烷化工艺中，配气甲烷化阶段随反应的进行会产生大量的水，而水含量过大会对甲烷化反应的正向进行起到抑制作用，因而在配气甲烷化阶段反应结束后，会将工艺气体的温度降低至100℃以下，以分离掉工艺气体中含有的大量水分。在补充甲烷化阶段，随反应的进行也会产生一定量的水分，而合成天然气产品中对水含量也有严格的要求，一般需要将工艺气体的温度降低至50℃以下，以初步除去气体中含有的水分。在配气甲烷化阶段及补充甲烷化阶段的工艺气降温过程中，当工艺气温度降低至140℃～180℃左右时，工艺气体中仍然携带大量的低品位热量，而该部分热量往往由于品位低，利用难度大，最终在较高的温度下通过循环水冷却至所需温度。这不仅造成了能量的浪费，而且降低了企业的经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，包括配气甲烷化阶段和补充甲烷化阶段，所述配气甲烷化阶段设有多级反应器，所述补充甲烷化阶段设有一级或多级反应器；所述配气甲烷化阶段的各级反应器外部设有反应器冷却夹套，所述配气甲烷化阶段的各级反应器的进口管线上设有富CO气冷激管线，所述配气甲烷化阶段的末端及补充甲烷化阶段的末端分别设有热泵，所述配气甲烷化阶段除第一级反应器之外的各级反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器，所述补充甲烷化阶段除第一级反应器之外的其它反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器。本专利技术的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统实现无循环甲烷化工艺中能量的优化利用方法，包括：所述反应器冷却夹套采用脱盐水、锅炉水或其它液体作为冷却介质，换热后的冷却介质以热液体或蒸汽的形式输出；所述反应器入口换热器通过加热原料富H2气、锅炉水或蒸汽等实现降低反应器进口温度；所述配气甲烷化阶段的热泵与补充甲烷化阶段的热泵上游的预热器用于初步预热原料富H2气、原料富CO气或脱盐水等。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统及方法，通过设置反应器冷却夹套的技术来降低反应器的外壁温度及反应器耐火衬里的厚度，通过在反应器入口设置富CO气冷激管线或反应器入口换热器的技术来降低反应器的入口温度，通过热泵技术充分利用无循环甲烷化工艺中的低品位热量来副产较高品位的蒸汽。附图说明图1为本专利技术实施例提供的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统的结构示意图。图标：R1～R6-第1级反应器～第6级反应器；J1～J4-冷却夹套；G1～G4-富CO气冷激管线；E11～E15-废热锅炉；E21～E24-反应器入口换热器；E31～E32-预热器；E41～E42-热泵；E51-第5级反应预热器；E52-水冷器；V1～V2-分液罐。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，其较佳的具体实施方式是：包括配气甲烷化阶段和补充甲烷化阶段，所述配气甲烷化阶段设有多级反应器，所述补充甲烷化阶段设有一级或多级反应器；所述配气甲烷化阶段的各级反应器外部设有反应器冷却夹套，所述配气甲烷化阶段的各级反应器的进口管线上设有富CO气冷激管线，所述配气甲烷化阶段的末端及补充甲烷化阶段的末端分别设有热泵，所述配气甲烷化阶段除第一级反应器之外的各级反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器，所述补充甲烷化阶段除第一级反应器之外的其它反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器。所述配气甲烷化阶段采用2～4级反应器，所述补充甲烷化阶段采用1～2级反应器。所述反应器入口换热器为原料富H2气加热器、锅炉水加热器或蒸汽过热器等。所述配气甲烷化阶段的热泵设置于配气甲烷化阶段末端分液罐的上游，该热泵的出口端与配气甲烷化阶段的末端分液罐直接连通；所述补充甲烷化阶段的热泵设置于补充甲烷化阶段末端分液罐的上游，该热泵的出口端与补充甲烷化阶段的末端分液罐之间还设置有水冷器。所述配气甲烷化阶段的热泵与补充甲烷化阶段的热泵上游还设置预热器，所述预热器为原料富H2气预热器、原料富CO气预热器或脱盐水预热器等。本专利技术的上述的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统实现无循环甲烷化工艺中能量的优化利用方法，其较佳的具体实施方式是：包括：所述反应器冷却夹套采用脱盐水、锅炉水或其它液体作为冷却介质，换热后的冷却介质以热液体或蒸汽的形式输出；所述反应器入口换热器通过加热原料富H2气、锅炉水或蒸汽等实现降低反应器进口温度；所述配气甲烷化阶段的热泵与补充甲烷化阶段的热泵上游的预热器用于初步预热原料富H2气、原料富CO气或脱盐水等。所述原料富H2气依次通过预热器和反应器入口换热器中的一个或多个设备以加热至230℃以上，进入反应系统，原料富CO气仅经过预热器一次预热至160℃以下，作为冷激气通过CO气冷激管线配入反应系统。本专利技术的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，通过设置反应器冷却夹套的技术来降低反应器的外壁温度及反应器耐火衬里的厚度，减少了设备投资，提高了系统的能量利用率。通过在反应器入口设置富CO气冷激管线或反应器入口换热器的技术来降低反应器的入口温度，可将反应器的入口温度控制在需要的范围内，增加了系统的操作灵活性。通过热泵技术充分利用无循环甲烷化工艺中的低品位热量来副产较高品位的蒸汽，减少了循环冷却水的耗量，提高了低位热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，其特征在于，包括配气甲烷化阶段和补充甲烷化阶段，所述配气甲烷化阶段设有多级反应器，所述补充甲烷化阶段设有一级或多级反应器；所述配气甲烷化阶段的各级反应器外部设有反应器冷却夹套，所述配气甲烷化阶段的各级反应器的进口管线上设有富CO气冷激管线，所述配气甲烷化阶段的末端及补充甲烷化阶段的末端分别设有热泵，所述配气甲烷化阶段除第一级反应器之外的各级反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器，所述补充甲烷化阶段除第一级反应器之外的其它反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器。

【技术特征摘要】
1.一种无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，其特征在于，包括配气甲烷化阶段和补充甲烷化阶段，所述配气甲烷化阶段设有多级反应器，所述补充甲烷化阶段设有一级或多级反应器；所述配气甲烷化阶段的各级反应器外部设有反应器冷却夹套，所述配气甲烷化阶段的各级反应器的进口管线上设有富CO气冷激管线，所述配气甲烷化阶段的末端及补充甲烷化阶段的末端分别设有热泵，所述配气甲烷化阶段除第一级反应器之外的各级反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器，所述补充甲烷化阶段除第一级反应器之外的其它反应器进口的上游分别设有反应器入口换热器。2.根据权利要求1所述的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，其特征在于，所述配气甲烷化阶段采用2～4级反应器，所述补充甲烷化阶段采用1～2级反应器。3.根据权利要求2所述的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，其特征在于，所述反应器入口换热器为原料富H2气加热器、锅炉水加热器或蒸汽过热器。4.根据权利要求1所述的无循环甲烷化工艺中能量的优化利用系统，其特征在于，所述配气甲烷化阶段的热泵设置于配气甲烷化阶段末端分液罐的上游，该热泵的出口端与配气甲烷化阶段的末端分液罐直接连通；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任楠楠，陈兆文，陈书成，
申请(专利权)人：北京华福工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11