一步法煤制合成天然气系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一步法煤制合成天然气系统，包括依次连接的低温甲醇洗装置的第一吸收塔、第一原料气预热器的壳程或管程、深度净化脱硫器、第二原料气预热器的管程或壳程、等温甲烷化反应器、第一原料气预热器的管程或壳程、锅炉给水预热器的壳程或管程、除盐水预热器、冷凝液分离器以及低温甲醇洗装置的第二吸收塔；其中第二原料气预热器的壳程或管程出口还依次经绝热甲烷化反应器、蒸汽过热器的壳程或管程与等温甲烷化反应器的进口连接；所述等温甲烷化反应器的出口还依次经第二原料气预热器的管程或壳程、循环气压缩机与绝热甲烷化反应器的进口连接。本实用新型专利技术结构简单、流程简短、装置运行和投资成本低、集中回收热能并副产高品质蒸汽。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种合成天然气系统，具体的说是一种一步法煤制合成天然气系统。
技术介绍
随着当前雾霾的不断加重，环保要求的不断提高，节能、减排、降耗成为当前煤化工领域的研究热点。天然气作为一种清洁、高效的能源产品越来越受到人们的重视。近几年来国内天然气的需求与日俱增。为了满足国内当前天然气的需求，政府一方面积极从国外进口天然气，一方面根据我国“缺油、少气、富煤”的能源结构，积极发展煤制天然气(SNG)工业，实现煤的就地转化，减少运输成本。同时作为战略技术储备来确保我国的能源安全。传统的煤制天然气流程是通过煤气化生产的粗煤气依次经CO变换装置调节至合适的H2与CO的比例，再经过低温甲醇洗装置脱除酸性气体及其它杂质后，合格的净化气经甲烷化反应生成满足国家天然气标准要求的合成天然气，然后经天然气压缩、天然气干燥后进入天然气长输管线。传统的煤制天然气流程中，主要的放热单元包含CO变换装置和甲烷化装置，其中变换反应主要反应原理如下：甲烷化主要反应原理如下：从技术经济方面看，传统的煤制天然气项目由于工艺流程长(包括CO变换、除杂除碳、甲烷化反应等多个流程)、高温设备管道多(绝热主甲烷化反应器出口温度高达620℃)，造成选材困难，投资高，且CO变换装置和甲烷化装置均放出大量热量，放热分散，导致低位余热偏多，热回收效率成本高。另外，CO变换反应及甲烷化反应都是强放热反应，可以很快达到反应平衡，在绝热反应器中反应器及催化剂床层的温度会迅速升高。对于CO变换绝热反应流程，为了避免超温必须补加蒸汽控温；对于甲烷化绝热反应流程，为了避免催化剂高温烧结以及反应失控出现飞温，一般通过循环返回一股合成气与原料气混合降低进反应器的CO浓度来控制甲烷化反应器出口的温度。根据化学平衡原理，反应出口温度过高限制了CO的转化率。为了提高CO的转化率，确保合成气中的CH4浓度达标，需要在后续串联两级低温甲烷化反应器。对于此流程，高温甲烷化设备多，换热网络复杂，装置投资成本比较高。基于此特点有人提出采用等温甲烷化反应器，通过副产饱和蒸汽来控制反应器出口一个相对较低的温度，同时在后续串联两级低温的绝热甲烷化反应器，此流程的缺点是只能副产饱和蒸汽，该蒸汽品质较差，无法用于透平的驱动。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、流程简短、装置运行和投资成本低、集中回收热能并副产高品质蒸汽的一步法煤制合成天然气系统。一步法煤制合成天然气工艺的系统，包括依次连接的低温甲醇洗装置的第一吸收塔、第一原料气预热器的壳程或管程、深度净化脱硫器、第二原料气预热器的管程或壳程、等温甲烷化反应器、第一原料气预热器的管程或壳程、锅炉给水预热器的壳程或管程、除盐水预热器、冷凝液分离器以及低温甲醇洗装置的第二吸收塔；其中第二原料气预热器的壳程或管程出口还依次经绝热甲烷化反应器、蒸汽过热器的壳程或管程与等温甲烷化反应器的进口连接；所述等温甲烷化反应器的出口还依次经第二原料气预热器的管程或壳程、循环气压缩机与绝热甲烷化反应器的进口连接。所述锅炉给水预热器的管程或壳程还依次经等温甲烷化反应器的汽包、蒸汽过热器的管程或壳程分别与第二原料气预热器的壳程或管程出口及外输管道连接。所述低温甲醇洗装置的第一吸收塔和第二吸收塔共用同一甲醇再生系统。所述等温甲烷化反应器和绝热甲烷化反应器均具有上、下两个催化剂活性床层，上层催化剂活性床层填充有用于调节CO与H2的比例催化剂，下层催化剂活性床层填充有用于催化CO及CO2与H2的甲烷化反应的催化剂。使用上述系统的一步法煤制合成天然气工艺，常温粗煤气经低温甲醇洗装置的第一吸收塔脱除H2S等杂质得到净化气，所述净化气经预热后进入深度净化脱硫器脱除硫等杂质，然后进一步预热后分为两股，第一股净化气进入绝热甲烷化反应器进行甲烷化反应，出绝热甲烷化反应器的反应气经蒸汽过热器降温后与第二股净化气一同送入等温甲烷化反应器进行甲烷化反应，出等温甲烷化反应器的反应气分成两股，第一股反应气降温后经循环气压缩机加压，再与第一股净化气一同送入绝热甲烷化反应器，第二股反应气降温后再通过冷凝液分离器分离出冷凝液后送入低温甲醇洗装置的第二吸收塔脱除CO2及水分即得合成天然气，所述等温甲烷化反应器和绝热甲烷化反应器均具有上、下两个催化剂活性床层，上层催化剂活性床层填充有用于调节CO与H2的比例催化剂，下层催化剂活性床层填充有用于催化CO及CO2与H2的甲烷化反应的催化剂；向预热后的净化气中加入中压过热蒸汽以调节绝热甲烷化反应器和等温甲烷化反应器中经上层催化剂活性床层反应后的反应气中的CO与H2的摩尔比值为1:2.95-3.05。所述第一股净化气的气量占所述净化气总量的20％-40％，所述第二股净化气的气量占所述净化气总量的60％-80％。调节第一股反应气的气量以控制绝热甲烷化反应器出口的气体温度为540-620℃。锅炉水先经锅炉给水预热器与第二股反应气间接换热升温，再送入所述等温甲烷化反应器的汽包进一步生成饱和中压蒸汽，最后经蒸汽过热器与出绝热反应器的反应气间接换热生成中压过热蒸汽后，部分加入所述预热后的净化气中用来补充反应炉上层变换反应部分所需要的水分，调节绝热甲烷化反应器和等温甲烷化反应器中经上层催化剂活性床层反应后的反应气中的CO与H2的摩尔比值，，其余部分外输。所述低温甲醇洗装置的第一吸收塔和第二吸收塔共用同一甲醇再生系统。所述等温甲烷化反应器和绝热甲烷化反应器均具有上、下两个催化剂活性床层，上层催化剂活性床层填充有用于调节CO与H2的比例催化剂，下层催化剂活性床层填充有用于催化CO及CO2与H2的甲烷化反应的催化剂。所述等温甲烷化反应器进口温度为280-320℃，出口温度为310-350℃；绝热甲烷化反应器的进口温度为280℃-320℃。所述净化气与所述第二股反应气换热升温后进入深度净化脱硫器脱除硫等杂质；出深度净化脱硫器的净化气与第一股反应气换热升温后分为两股。专利技术人对现有的粗煤气合成天然气的工艺进行深入研究，作出如下改进：(1)创造性的取消了传统的变换反应装置，粗煤气直接进入甲醇洗装置的第一吸收塔，脱除H2S等杂质得到净化气，同时将变换反应和甲烷化反应合在同一反应器(等温甲烷化反应器和绝热甲烷化反应器)中进行，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一步法煤制合成天然气系统，其特征在于，包括依次连接的低温甲醇洗装置的第一吸收塔、第一原料气预热器的壳程或管程、深度净化脱硫器、第二原料气预热器的管程或壳程、等温甲烷化反应器、第一原料气预热器的管程或壳程、锅炉给水预热器的壳程或管程、除盐水预热器、冷凝液分离器以及低温甲醇洗装置的第二吸收塔；其中第二原料气预热器的壳程或管程出口还依次经绝热甲烷化反应器、蒸汽过热器的壳程或管程与等温甲烷化反应器的进口连接；所述等温甲烷化反应器的出口还依次经第二原料气预热器的管程或壳程、循环气压缩机与绝热甲烷化反应器的进口连接；所述等温甲烷化反应器和绝热甲烷化反应器均具有上、下两个催化剂活性床层，上层催化剂活性床层填充有用于调节CO与H2的比例催化剂，下层催化剂活性床层填充有用于催化CO及CO2与H2的甲烷化反应的催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种一步法煤制合成天然气系统，其特征在于，包括依次连接
的低温甲醇洗装置的第一吸收塔、第一原料气预热器的壳程或管程、
深度净化脱硫器、第二原料气预热器的管程或壳程、等温甲烷化反应
器、第一原料气预热器的管程或壳程、锅炉给水预热器的壳程或管程、
除盐水预热器、冷凝液分离器以及低温甲醇洗装置的第二吸收塔；其
中第二原料气预热器的壳程或管程出口还依次经绝热甲烷化反应器、
蒸汽过热器的壳程或管程与等温甲烷化反应器的进口连接；所述等温
甲烷化反应器的出口还依次经第二原料气预热器的管程或壳程、循环
气压缩机与绝热甲烷化反应器的进口连接；
所述等温...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建民，肖敦峰，周建振，晏双华，李繁荣，夏吴，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42