本发明专利技术公开一种粗合成气制LNG联产甲醇的装置及方法，其中，该装置包括串联或串并联连接的N段耐硫甲烷化反应器、脱酸装置、深冷分离装置、深度甲烷化装置和甲醇合成装置。利用耐硫甲烷合成催化剂的催化特性，通过改变反应器入口补水量和入口温度，调整耐硫甲烷合成反应器内主要反应的进行程度，从而调整反应器出口的产品组成与分布。本发明专利技术将煤制天然气与煤制甲醇技术耦合起来，得到甲醇与LNG两种产品，形成一头多尾的生产运行模式。
【技术实现步骤摘要】
一种粗合成气制LNG联产甲醇的装置及方法
本专利技术属于煤制天然气领域，具体涉及一种粗合成气制LNG联产甲醇的装置及方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展以及城镇化步伐的加快，我国自身的天然气产量以无法满足生产生活需要，供需矛盾日益突出，进口依赖度逐年增大，对我国能源安全造成威胁。从市场角度来看，国内LNG平均价格呈上升态势，这对于以煤为原料生产LNG的项目投资建设提供了动力。我国拥有丰富的煤炭资源，通过煤炭清洁化利用的途径获取天然气资源，同时得到焦油、芳烃等副产品，具有非常重要的意义。传统甲烷合成技术是将煤气化所得到的粗水煤气经除尘除焦油后，再经耐硫变换调整合成气的氢碳比，经过低温甲醇洗将硫化氢和大量二氧化碳脱除后，进入四到五段带循环的甲烷合成反应器进行甲烷化反应，经深冷分离后得到LNG产品。煤制甲醇技术是将煤气化所得粗水煤气经除尘除焦油后，再经耐硫变换调整合成气氢碳比，经过低温甲醇洗将硫化氢和大量二氧化碳脱除后，进入甲醇合成工段得到甲醇产品。传统煤制天然气技术经过煤气化、耐硫变换、低温甲醇洗后得到氢碳比为3.0左右的合成气，经过四到五段串并联的甲烷化反应器得到甲烷产品，经液化后得到LNG。煤制天然气技术的核心在于甲烷化工段，传统煤制天然气技术通过采用循环压缩机将大量产品气循环，循环比达到1.0-1.5，降低新鲜原料气中有效气的含量，控制甲烷化反应程度，从而避免反应器超温。这样以来，不仅增加了循环压缩机的设备投入，还增加了设备运行成本。传统耐硫变换只能对原料气的氢碳比进行调整，而耐硫甲烷合成工段，除调整氢碳比至工艺要求外，还能进行甲烷合成，由于甲烷化反应为缩体积反应，可减小后续工段的操作负荷。对于煤制甲醇企业，当甲醇市场价格较低时，企业的盈利空间受到限制，同理对于煤制天然气企业而言，当LNG市场价格较低时，企业也会受到冲击。由于企业产品结构单一，抗击市场风险的能力较差。
技术实现思路
耐硫甲烷合成技术关键在于所使用的催化剂为Mo基双功能催化剂，该催化剂即具有甲烷化功能，又具有变换的功能，本专利技术人经过深入研究，通过调节耐硫甲烷化反应器的入口补水量来调控甲烷化反应与变换反应的反应强度，创造性地将煤制天然气与煤制甲醇技术耦合起来，得到甲醇与LNG两种产品，形成一头多尾的生产运行模式，可通过改变工艺条件，调整最终产品LNG与甲醇的比例，避免产品过于单一，提高企业抗风险能力。根据本专利技术的第一个方面，提供一种粗合成气制LNG联产甲醇的装置，该装置包括与原料气输入管道连接的串联或串并联的N段(通常2-6段)耐硫甲烷化反应器，耐硫甲烷化反应器的混合气体输出管道与用于脱除酸性组分的脱酸装置的混合气体进口连接，脱酸装置的净化气出口经管道与用于分离并液化气体甲烷的深冷分离装置连接，深冷分离装置的LNG输出管道与LNG储罐连接，深冷分离装置的气体出口经管道与甲醇合成装置连接，甲醇合成装置的甲醇输出管道连接于甲醇储罐的液体进口。进一步地，耐硫甲烷化反应器与脱酸装置之间设有用于冷却混合气体且可将混合气体中的热量回收的降温装置，例如用于加热循环水的换热器。进一步地，脱酸装置为低温甲醇洗装置，低温甲醇洗装置的酸性气体输出管道与酸回收装置连接。进一步地，脱酸装置的净化气输出管道分出一个支管经深度甲烷化装置后连接于深冷分离装置的气体进口，并且设置阀门，使得脱酸装置的净化气输出管道可选地与深度甲烷化装置连接后再连接深冷分离装置的气体进口，或者脱酸装置的净化气输出管道直接与深冷分离装置的气体进口连接，即在这两种状态下进行自如切换。进一步地，N为2-6，其中，串并联耐硫甲烷化反应器的段数优选为2段或3段，第1至N-1段耐硫甲烷化反应器主要用于甲烷化反应，同时也发生变换反应；第N段耐硫甲烷化反应器主要用于变换反应。反应器内主要发生的反应可以解释为以下两个独立反应为：(1)CO+3H2→CH4+H2O(2)CO+H2O→CO2+H2由于耐硫甲烷合成催化剂具有甲烷化和变换的双重功能，通过改变反应器入口的补水量、入口温度、反应空速等工艺条件，可以改变反应器内两个反应的反应程度，例如通过调整第1至第N-1段反应器入口的水含量为5V％-20V％，反应器入口温度为260-380℃，调整第N段反应器入口反应温度为300-400℃，水含量为10V％-40V％。根据本专利技术的第二个方面，提供一种粗合成气制LNG联产甲醇的工艺方法，该方法包括：(1)原料气进入耐硫甲烷化反应器，经过N段串联或串并联形式连接的耐硫甲烷化反应器，其中调整第1至第N-1段反应器入口的水含量为5V％-20V％，反应器入口温度为260-380℃，调整第N段反应器入口反应温度为300-400℃，水含量为10V％-40V％，第N段反应器内主要进行CO变换反应，通过改变第N段反应器的补水量与反应温度，可根据生产需求调整工艺气中H2/CO的比例为1.9-3.6，优选2.0-3.5，进一步例如2.1-3.4或2.2-3.3或2.3-3.2，(2)从第N段耐硫甲烷化反应器输出的工艺气经换热降温，回收余热后(例如工艺气温度降低至30-50℃，优选35-45℃)，进入低温甲醇洗装置脱除酸性组分，(3)调整第N段反应器入口补水量为15V％-25V％，优选20-25V％，入口温度为300-380℃，优选340-350℃，可调整第N段出口工艺气中的氢碳比H2/CO比例为1.9-2.3，优选2.0-2.2左右，工艺气经管道直接进入深冷分离装置，分离出的甲烷(其纯度符合LNG产品标准)送往LNG储罐，将未反应的有效合成气H2和CO(其中H2/CO比为2.0-2.2)分离出来(作为气体组分)送往甲醇合成装置，采用市场上现有成熟的甲醇合成工艺技术得到甲醇优等品后送往甲醇储罐，或调整第N段反应器入口补水量为20v％-30V％，优选26-30V％，入口温度为300-380℃，优选330-355℃，可调整第N段出口工艺气中的氢碳比H2-CO2/CO+CO2的比例为3.1-3.5，优选3.2-3.4或3.3-3.5左右，净化气进入深度甲烷化装置进行甲烷化反应，深度甲烷化装置所使用的催化剂与甲烷合成工艺(包括各种反应条件)例如可参照本公司专有技术，详见专利CN201310023999.7和CN201310023997.8或本领域的其他现有技术，得到甲烷产品符合一类天然气的要求，再经深冷分离装置液化后送往LNG储罐。进一步地，步骤(2)中，脱除的H2S及绝大部分的CO2分别送往硫回收和CO2回收单元。步骤(1)中的煤气化产物适用于多种不同气化工艺得到的水煤气，例如碎煤气化工艺、粉煤气化工艺、水煤浆气化工艺等。净化处理后的水煤气经过冷凝分离，将原料气的水气比调整至0.05-0.5，原料气干基组成(V％)一般为：H2:20-35％，CO:15-70％，CO2:7-40％，CH4:0.1-18％，H2S:0.2-0.4％，N2:0.3-1.5％。原料气(温度优选为140-250℃，压力3-8MPa)例如经第一段本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粗合成气制LNG联产甲醇的装置，其特征在于，其包括与原料气输入管道连接的串联或串并联的N段耐硫甲烷化反应器，耐硫甲烷化反应器的混合气体输出管道与用于脱除酸性组分的脱酸装置的混合气体进口连接，脱酸装置的净化气出口经管道与用于分离并液化气体甲烷的深冷分离装置连接，深冷分离装置的LNG输出管道与LNG储罐连接，深冷分离装置的气体出口经管道与甲醇合成装置连接，甲醇合成装置的甲醇输出管道连接于甲醇储罐的液体进口。/n
【技术特征摘要】
1.一种粗合成气制LNG联产甲醇的装置，其特征在于，其包括与原料气输入管道连接的串联或串并联的N段耐硫甲烷化反应器，耐硫甲烷化反应器的混合气体输出管道与用于脱除酸性组分的脱酸装置的混合气体进口连接，脱酸装置的净化气出口经管道与用于分离并液化气体甲烷的深冷分离装置连接，深冷分离装置的LNG输出管道与LNG储罐连接，深冷分离装置的气体出口经管道与甲醇合成装置连接，甲醇合成装置的甲醇输出管道连接于甲醇储罐的液体进口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，耐硫甲烷化反应器与脱酸装置之间设有用于冷却混合气体且可将混合气体中的热量回收的降温装置。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，脱酸装置为低温甲醇洗装置，低温甲醇洗装置的酸性气体输出管道与酸回收装置连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，特征在于，脱酸装置的净化气输出管道分出一个支管经深度甲烷化装置后连接于深冷分离装置的气体进口，并且设置阀门，使得脱酸装置的净化气输出管道可选地与深度甲烷化装置连接后再连接深冷分离装置的气体进口，或者脱酸装置的净化气输出管道直接与深冷分离装置的气体进口连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，N为2-6，其中，串并联耐硫甲烷化反应器的段数为2段或3段。
6.一种粗合成气制LNG联产甲醇的工艺方法，该方法包括：
(1)原料气进入N段串联或串并联形式连接的耐硫甲烷化反应器，调整第1至第N-1段反应器入口水含量至5V％-20V％，优选8-18V％或进一步12-17V％，反应器进行甲烷化反应，同时发生变换反应，进入第N段耐硫甲烷化反应器之前对工艺气进行补水使得工艺气中的水含量为10V％-40V％，优选15V％-30V％，调整工艺气中H2/CO的比例为1.9-3.6，优选2.0-3.5；
(2)从第N段耐硫甲烷化反应器输出的工艺气降温后，进入低温甲醇洗装置脱除酸性组分，使得净化气中H2S含量低于0.1ppm，优选低于0.0...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晨佳，张金舵，史立杰，冯璐瑶，刘鹏翔，刘雪飞，常俊石，
申请(专利权)人：新地能源工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13
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