焦炉气制合成天然气的新工艺制造技术

本发明专利技术属于焦炉气综合利用领域，公开了一种焦炉气制合成天然气的新工艺。该工艺包含加氢脱硫、补碳、多级甲烷化、冷却分离等步骤，最终生产出合格的合成天然气产品。该工艺可有效防止甲烷化反应器的“飞温”现象，能合理分配各甲烷化反应器负荷，提高了ＣＯ、ＣＯ２的转化率，为焦炉气制合成天然气提供了一种新方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为焦炉气综合利用的新领域，特别是涉及焦炉气制合成天然气综合利用的新工艺。
技术介绍
合成天然气技术，其甲烷化反应为<formula>formula see original document page 3</formula>它是解决当前我国天然气短缺的有效补充渠道，尤其是能够解决我国边远地区缺 天然气的问题。目前合成天然气的原料气主要来自于煤气化单元，其中各种大型煤气化工 艺所制取的气体的基本组成见表1，通过变换、净化、合成等系列单元，最终得到合成天然气 产品。它的特点(1)煤气化单元产生的气体组成中，co+co2很高，即氧碳比(CO^ )低(如Shell炉产生的气体中氢碳比为0. 4 0. 5)，碳过剩需要进行变换、脱碳，使甲烷合成气的 氢碳比处于3. 05 3. 10之间，保证甲烷化反应的正常进行，最终能够制取合格的合成天然 气产品。焦炉气的氢碳比较高，可达5 6左右，通过补碳来调节氢碳比维持在3左右的水 平，从而保证合成天然气的品质。(2)由于气化温度相对较高，气体中的硫均为H2S,有机硫含量很低，因此可以不需 要设置有机硫加氢转化流程，只需设置脱除H2S的流程。表1大型煤气化工艺气、焦炉气的基本组成(mol% )<table>table see original document page 3</column></row><table> 通过煤气化制取合成天然气工艺，操作单元较多、投资规模较大、煤的利用率相对 较低，而中国煤焦工业发达，通过炼焦副产的焦炉气中含氢高、含甲烷已经高达20%左右， 是合成天然气最好的原料。以焦炉气为原料制合成天然气工艺投资相对较少、流程简单、原 料利用率较高，并且合成天然气产品能够达到GB17820-1999、GB18047-2000等标准规定的 天然气技术指标。目前焦炉气的高效应用一些专利做了许多努力与尝试，CN191985A.CN101391935A 公开了一种利用焦炉气合成天然气(或甲烷)的方法，首先利用甲烷化将焦炉气中的Co、 CO2和H2反应生成CH4,然后通过PSA提纯得到合格的合成天然气，但是该方法不能充分利 用焦炉气中的氢气。CN101100622A公开了一种利用焦炉气生产合成天然气的方法及其装 置，该方法通过补碳充分利用了焦炉气中的氢气，但是该方法不能充分将CO2转化成CH4,反 应后的气体需通过低温甲醇洗或PAS装置提纯，其投资、运行成本较高。因此，本专利技术针对 上述焦炉气制备天然气方法中的氢资源利用率低、设备投资高、经济效益差等缺点，提出了 一种合理利用焦炉气的新工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种焦炉气合理利用的新工艺。本专利技术的技术方案是将焦炉气经过加氢脱硫并控制部分甲烷化反应、脱无机硫， 然后依次经过多级甲烷化反应器进行反应，各级反应后的气体经过热能回收，冷却、分离后 得到合格的合成天然气，工艺流程见图1、2。本专利技术的技术方案的工艺上又采用了串并联工艺和水冷板反应器技术，调节各反 应器的热负荷，并能将焦炉气中的C0、C02基本完全转化为CH4,又不至于C0、C02转化CH4时 温升太高烧坏甲烷化催化剂，工艺流程见图3。本专利技术的目的可以通过下列措施实现一种利用焦炉气制合成天然气的工艺，其主要步骤如下a.焦炉气净化处理后加压进入加氢脱硫系统，进行有机硫加氢转化以及脱除H2S ； 同时使焦炉气中的不饱和烃和部分CO、CO2加氢为烷烃；b.在系统中补碳，调节工艺气中的总氢碳比2. 5 5.0;补碳在焦炉气净化后进行 加氢脱硫之前或之后；c.采用2 4级甲烷化反应，然后通过冷却在10 50°C条件下进行气液分离，得 到合格的合成天然气。所述的焦炉气制合成天然气工艺，其中焦炉气净化处理是指脱焦油、粗脱硫、脱 氨、洗苯脱苯、终脱萘。所述的焦炉气制合成天然气工艺，其中使用钴_钼加氢转化催化剂，使焦炉气中 含有的有机硫加氢转化为H2S,然后使用氧化锌或铁_锰脱硫剂脱除H2S,加氢脱硫系统的压 力为0. 5 4. OMPa，温度为250 450"C。所述的焦炉气制合成天然气工艺，其中甲烷化反应的甲烷化压力为0.5 4. OMPa，温度为250 750°C，将焦炉气中的CO和CO2加氢转化为CH4。所述的焦炉气制合成天然气工艺，其中甲烷化反应中的末级甲烷化反应采取均 温型水冷板反应器，通过调节蒸汽压力1. 6 4. OMPa,使催化剂床层温度控制在250 350 "C。所述的焦炉气制合成天然气工艺，其中甲烷化反应中的多级甲烷化反应器采取串并联方式。本专利技术采用的氧化锌脱硫剂、铁锰脱硫剂为本领域常用的脱硫剂，不同生产厂商有不同型号，均可使用。本专利技术的有益效果1、采用本工艺技术将焦炉气通过补碳后的混合气体制合成天然气尚无先例，我国能源领域所面临的能源供应、清洁燃料短缺、环境污染、温室气体排放和农村能源结构调整 的国情，以煤气化为核心的多联产系统是综合解决我国国情的重要途径，而焦炉气制天然 气则是一条有吸引力的新思路。2、“Co-Mo”加氢反应使焦炉气中有机硫转化为无机硫，然后通过脱硫剂脱除，防止 甲烷化催化剂硫中毒；同时可将焦炉气中的不饱和烃加氢成烷烃、含有的少量O2与H2反应 生成水，有效防止甲烷化反应器的“飞温”现象，在采用“Co-Mo”加氢转化催化剂，目的是促 使发生加氢反应，并且控制部分0)、0)2通过加氢转化为甲烷，可以有效减轻1#、2#甲烷化反 应器的负荷。有机硫转化率90 98%，H2S脱除率达到99. 5%。3、甲烷化反应是强烈的可逆放热反应，根据其反应特点，在最初的几台甲烷化反 应器中设置串并联工艺流程，通过调节进入反应器的不同气体的流量从而调节了反应器进 口气体的组成，因此能够及时有效调节各甲烷化反应器的负荷，同时通过设置的循环机来 调节甲烷化反应器进口的CO、CO2含量，使甲烷化反应比较温和，防止热点温度过高而烧坏 甲烷化催化剂和反应器。4、为了更好的深度甲烷化，有效控制并降低末段反应温度，以及更好的回收余热， 本专利技术最后一级甲烷化反应器采用均温型水冷板结构形式，移热能力强，温度调节简单，有 利于降低末级甲烷化反应器的出口温度，有利于甲烷化反应向生成甲烷的正反应方向进 行，能使系统中的CO、CO2基本完全与H2反应转化为甲烷，提高了 CO、CO2的转化率。5、末级甲烷化反应器的出口工艺气经热能回收、循环水冷却，然后经气液分离器 分离水后得到合格的合成天然气产品。附图说明图1是焦炉气制合成天然气新工艺的流程示意图(补碳在加氢脱硫工艺前)。图2是焦炉气制合成天然气新工艺的流程示意图(补碳在加氢脱硫工艺后)。图3是串并联工艺流程示意图。图3是采用4级甲烷化反应的示意图，若采用3级甲烷化反应，则示意图中可去除 二级或三级甲烷化反应器及伴随的热能回收框图，若采用2级甲烷化反应，则示意图中可 去除二级和三级甲烷化反应器及伴随的热能回收框图。具体实施例方式实施例1本实施例利用焦炉气制备合成天然气的工艺方法如下，流程示意图见图1。经过常规净化方法处理(指经过脱焦油、粗脱硫、脱氨、洗苯脱苯、终脱萘等方法 处理，下同)的焦炉气与补碳气混合，混合后的气体组成(v% ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用焦炉气制合成天然气的工艺，其特征在于该工艺的步骤包括：　　ａ．焦炉气净化处理后加压进入加氢脱硫系统，进行有机硫加氢转化以及脱除Ｈ↓［２］Ｓ；同时使焦炉气中的不饱和烃和部分ＣＯ、ＣＯ↓［２］加氢为烷烃；　　ｂ．在系统中补碳，调节工艺气中的总氢碳比２．５～５．０；补碳在焦炉气净化后进行加氢脱硫之前或之后；　　ｃ．采用２～４级甲烷化反应，然后通过冷却在１０～５０℃条件下进行气液分离，得到合格的合成天然气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕仲明，熊世平，张结喜，
申请(专利权)人：南京国昌化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]