一种利用炭黑尾气制备合成天然气的工艺制造技术

本发明专利技术公开一种利用炭黑尾气制备合成天然气的工艺，炭黑尾气经鼓风、除尘，CO变换，炭黑尾气中的CO与水蒸气变换生成H2和CO2，再经冷却除水、脱硫、增压后进行甲烷化反应，经冷却除水干燥后进行甲烷提浓即得。本发明专利技术的有益效果：（1）首次提出工业规模化的炭黑尾气制合成天然气工艺，达到工业排放气回收利用、节能减排、变废为宝效果；（2）利用炭黑尾气本身热量、水蒸气和硫化物，无需加热、无需补充水蒸气、无需冷却，流程简便；（3）变换和甲烷化放出大量热量，通过合理设计，实现各操作单元热量综合利用，无需外界补充热源，还副产高品质蒸汽；（4）可生产高纯度甲烷产品，处理后作为CNG、LNG或城市燃气，也可作化工原料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种利用炭黑尾气制备合成天然气的工艺，炭黑尾气经鼓风、除尘，CO变换，炭黑尾气中的CO与水蒸气变换生成H2和CO2，再经冷却除水、脱硫、增压后进行甲烷化反应，经冷却除水干燥后进行甲烷提浓即得。本专利技术的有益效果：（1）首次提出工业规模化的炭黑尾气制合成天然气工艺，达到工业排放气回收利用、节能减排、变废为宝效果；（2）利用炭黑尾气本身热量、水蒸气和硫化物，无需加热、无需补充水蒸气、无需冷却，流程简便；（3）变换和甲烷化放出大量热量，通过合理设计，实现各操作单元热量综合利用，无需外界补充热源，还副产高品质蒸汽；（4）可生产高纯度甲烷产品，处理后作为CNG、LNG或城市燃气，也可作化工原料。【专利说明】—种利用炭黑尾气制备合成天然气的工艺
本专利技术涉及制备合成天然气的工艺，尤其是一种利用炭黑尾气制备合成天然气的工艺。
技术介绍
炭黑是气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳，为疏松、质轻而极细的黑色粉末物质，具有高度分散性，不溶于各种溶剂，相对密度1.8~2.1。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫以及其他杂质和水分等，其微晶具有准石墨结构。炭黑主要用作橡胶的补强剂和填料，橡胶用炭黑占炭黑总量的90%，其中约70%用于轮胎制造，约80%的炭黑消耗量用于汽车工业。此外，也用作油墨的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂。在许多其他制品，如电极、干电池、电阻器、炸药、化妆品及抛光膏中，炭黑也是重要的助剂。2012年全球炭黑需求量达到1160万t，预计未来5年内世界炭黑产量会逐年递增4.6%。中国2012年炭黑产量达到376万吨，需求量约385万吨，比2011年增长68万吨，增速达21%。2012-2015年国内炭黑产量复合增速在11%左右，2015年有望达到540万吨。炭黑的生产方法中技术较成熟的有槽法、炉法及热解法。其中油炉法收率最高、能耗最少，其产量占炭黑总产量的95%以上。油炉法炭黑原料油分为三类:炼油厂副产的催化裂化澄清油、乙烯焦油和煤焦油。欧洲和美国炭黑原料油以澄清油为主，我国炭黑原料以煤焦油和乙烯焦油为主。油炉法炭黑生产流程为:脱水后的燃料油经油泵升压，在蒸汽夹套油管内升温到110~130°C，再经油嘴雾化喷射到反应炉内。冷空气经孔板流量计进入空气预热器加热到350~400°C进入喷燃器与油雾充分混合后进入反应炉内。在燃料油的加热下，反应炉温度维持在1300~1600°C。原料油在此高温下裂解生成炭黑和含有C02、H2O, N2、过剩O2以及少量N0x、S0x和H2S等1700°C左右的高温烟气。烟气离开反应炉后，立即喷入水急冷至900~1000°C，以终止反应。急冷后的烟气再经两级废热锅炉冷却至600~650°C，随后进入列管式冷却器，使烟气冷却至450~550°C，进入三级空气预热器，烟气与空气逆向流动，烟气温度降到200~250°C，送入三级旋风分离器，分离出大部分炭黑，尾气经风冷器冷却至80~140°C后进入脉冲袋滤器中。经过滤后尾气由抽风机抽吸至烟?排放。由旋风分离器和脉冲袋滤器中收集的炭黑，由气力输送系统送入湿法造粒机中。湿的粒状炭黑在回转式干燥器中于燥，然后送入贮罐，以散装或袋装方式运输。油炉法每生产I吨炭黑，产生3500m3含尘尾气。按我国2012年炭黑产量376万吨计，炭黑尾气超过130亿m3。目前炭黑企业对炭黑尾气都未进行处理，其利用主要是回收其中的高温热量，大量的尾气直接排入大气中，造成严重的环境污染。截止目前为止，国内还无炭黑尾气制合成天然气的报道和使用。中国专利技术专利申请102120120A公开了一种炭黑尾气的处理方法。用水对炭黑尾气进行洗涤，除去水汽和部分H2S气体，再经活性氧化铝干燥后，用活性炭或碳分子筛采用变温吸附装置脱除H2S和SO2,再通过变压吸附提纯得到浓度99%的N2,剩余的废气供燃烧使用。我国常规天然气资源量约为35-38万亿Nm3，占世界总量的2% ;其中可采资源量10-12万亿Nm3，人均天然气剩余可采储量仅相当于世界平均水平的6%。天然气作为一种优质清洁能源，目前在我国一次能源消费中的比重仅为3.9%，远远低于世界23.7%的平均水平。随着城市化的发展，我国天然气消费增速超过产量增速，进口量逐年增加。2012年我国天然气消费量达到1471亿Nm3，进口天然气394亿Nm3。据国务院发展研究中心预测，到2015年我国天然气消费量将增加到2600亿Nm3，需进口 750亿Nm3 ;到2020年消费量超过3000亿Nm3，届时约有40%依赖进口。近年来国家鼓励非常规天然气的开发和生产，包括开展煤层气、垃圾填埋气、页岩气、焦炉气等制备非常规天然气的研究和开发，以弥补天然气需求的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是在CO耐硫变换技术、甲烧化技术和甲烧提浓技术的基础上，提供一种适于工业规模应用的炭黑尾气制备合成天然气的工艺。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案: 本专利技术工艺是将原料炭黑尾气经鼓风、除尘，进行CO变换，炭黑尾气中的CO与水蒸气变换生成H2和CO2 (反应式1)，经冷却除水、脱硫，增压后进行甲烷化反应，再经冷却除水干燥后进行甲烷提浓，即得合成天然气。其中，上述步骤中脱`硫后优选的可进行脱碳或同时进行脱硫脱碳，经增压至2.0-3.0MPa即进行甲烷化反应(反应式2)、冷却除水干燥、提浓即得。上述工艺的整个反应过程为: CCHH2O — C02+H2(反应式 I) C0+3H2 — CH4+H20(反应式 2) 为使水蒸汽仍处于气态，本专利技术的原料气炭黑尾气温度需要保持大于100°C。在专利申请102120120A中记载，炭黑尾气的组成为CO:9~13%，H2: 12%,CO2:2~3%,N2:36~38%，H2O:36 ~40%, H2S:250 ~800mg/m3 同时还含有 SO2、SO3 等杂质。上述对原料炭黑尾气的除尘可采用陶瓷过滤器过滤除尘或者采用布袋除尘，为克服系统阻力，除尘前采用鼓风机对炭黑尾气进行增压，根据除尘方法不同，所需增压的大小也不一，一般为50_80kpa。陶瓷过滤器过滤除尘是将炭黑尾气经陶瓷过滤器后，气体含尘量可降至5~10mg/Nm3，陶瓷过滤器过滤与反吹交替进行，其中，炭黑尾气的温度对陶瓷过滤器的工作温度无影响；布袋除尘是将炭黑尾气进入多台并联的布袋除尘器，除尘后的炭黑尾气含尘量可降到50mg/Nm3以下。经除尘的炭黑尾气，进入CO变换，进行变换反应，变换反应是指在催化剂作用下，CO与水蒸气反应生成CO2和H2，炭黑尾气中水蒸气的量相对其中含有的CO量是足够的，无需补充水。变化反应方程式为: CCHH2O — C02+H2(反应式 I)CO变换是煤化工生产中的关键环节，是合成氨、甲醇及制氢工艺中重要的工艺过程。通过CO变换，在消耗大部分CO的同时转换成有效气体H2，为下游合成提供H2原料。变换反应的深度是由炭黑尾气中⑶和仏的量决定的。优选的，要求通过控制反应温度和反应时间，使变换后混合气体中的H2量满足后续甲烷化对H2的需求。更优选的，原料气中的氢气量与变换反应生成的氢气量之和，可在后续甲烷化过程中将CO完全消耗，也就是说，经变换后气体中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用炭黑尾气制备合成天然气的工艺，其特征在于，原料炭黑尾气经鼓风、除尘，进行CO变换，炭黑尾气中的CO与水蒸气变换生成H2和CO2，经冷却除水、脱硫，增压后进行甲烷化反应，再经冷却除水干燥后进行甲烷提浓，即得合成天然气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈耀壮，李洁，赖崇伟，蒋贵仲，雷菊梅，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：