一种焦炉气生产甲烷的工艺制造技术

一种焦炉气生产甲烷的工艺是将净化后的焦炉气进行甲烷分离，制得甲烷，分离后的混物与含有二氧化碳的气体进行甲烷化反应，反应后的甲烷混合气体返回进行分离，依次循环进行制得甲烷。本发明专利技术合理的结合物理分离方法与化学合成方法，提高了甲烷化反应速率和甲烷收率，减小了反应器的体积，降低了催化剂的消耗量，实现了零排放零污染，并且有效地利用了温室气体二氧化碳。该工艺路线合理，适用于煤干馏所产生的焦炉气生产甲烷。

【技术实现步骤摘要】

一种涉及焦炉气生产甲垸的工艺，包括对焦炉气的净化处理，加压后进行分离得到甲烷 以及混合产物的一种焦炉气生产甲烷的工艺。
技术介绍
焦炭生产过程中产生大量的焦炉气，其一般组成为H2:40 70 % ， CH4:10.0 30.0%， CO: 5 15%， N2:2 10%， C02:l 5%, C H"2 4%， 02:0. 1 1.5%以及少量杂质。其主要用途是发电，生产甲醇、氨、尿素、氢气、生产和生活用煤气，还有部分焦炉气直接燃烧排放， 利用率不高且污染大气。焦炉气生产甲垸的方法分为两种，即化学方法和物理方法。其中，化学方法的甲垸化反 应原理如下CO+ 3 H2 t~~" CH4+H2 OC02+4 H2 t~~^ CH4+2 H20从上述反应方程式可以看出反应是可逆的，所以，如果反应物中含有生成物甲烷，则会 降低反应速率，进而影响收率。物理方法包括变压吸附分离、深冷分离和膜分离三种分离方法，其特点是对混合气体中 的目标气体进行提纯。现有文献公开报道的有CN1952082A的"一种采用物理方法分离焦炉气生产液化天然气的 方法"，该方法将处理后的焦炉气加压至一定压力，脱硫、脱焦油和除杂净化工序后进行变 压吸附，分别得到氢气、 一氧化碳、氮气和低碳烃。低碳烃处理后得到液态甲烷，氢气、一 氧化碳等储存备用，氮气排入空气。该方法是单纯的物理提纯方法，甲垸产量仅限于原料气 中存在的甲垸，其体积百分比在10 30%之间。单纯采用物理方法获得甲垸存在的一个共同问 题是分离出甲垸后，剩余的氢气、 一氧化碳等被储存或者是用作燃料，因此，焦炉气生产甲 烷的收率受到了很大影响。现有文献公开报道的有CN 101100622A的"一种利用焦炉气生产合成天然气的方法及其装 置"，该专利的焦炉气经脱焦油、脱硫脱氨、压縮和精脱硫净化工序后进行补碳，然后在催 化剂的作用下直接进行甲垸化反应，得到以甲垸为主的混合气，混合气再进行浓縮、提纯得 到合成天然气。存在的问题是净化后的焦炉气未经甲垸分离，而直接进行甲烷化反应，降低 了反应速率和反应收率；其次是将焦炉气生产合成天然气后剩余的二氧化碳直接除去，PAS尾气直接进入焦炉系统进行燃烧，这样焦炉气生产合成天然气的收率也同样受到了很大影响。 现有文献公开报道的有CN 1919985A的"一种利用焦炉气制备合成天然气的方法"，该方 法是将焦炉气进行脱硫、脱焦油和除杂净化工序后，在催化剂的作用下直接进行甲烷化反应， 反应完成后，以甲烷为主的混合气(其中，按体积百分比为H242. 76%， N25. 2%， CH4+CnH 51. 76%)分为两部分， 一部分返回甲垸化装置以稀释反应器中一氧化碳和二氧化碳的浓度，另一部分 则进入变压吸附装置进行分离，分离出氢气(39.48%)和以甲垸、氢气、氮气为主的合成天 然气(其中，按体积百分比为H23.28%， N25. 44%， CH4+CnH 90. 85%)，分离出的氢气(39.48%) 用作燃料。该方法存在的不足之处是①净化后的焦炉气没有经过甲烷分离，而直接进行甲 垸化反应。由甲烷化反应原理以及焦炉气的组成可知，反应可逆且反应物中含有一部分甲烷， 所以，降低了甲垸化反应的速率。②甲垸化反应后，以甲垸为主的混合气体， 一部分返回甲 垸化装置，使甲烷化反应器中的甲垸浓度提高，由反应原理可知，甲垸化反应速率进一步降 低，直接导致反应时间、循环周期以及催化剂用量的增加。③焦炉气中一氧化碳和二氧化碳 含量较少，而氢气的含量较多，多达39.48%的氢气没有转化为甲烷。
技术实现思路
提供一种利用焦炉气生产甲垸的工艺。该工艺首先对净化后的焦炉气进行甲烷分离，解 决甲烷化反应速率慢和甲垸收率不高的问题；其次是通过在甲垸化反应过程中补充含二氧化 碳的气体，进而使氢气最大限度的参与反应，解决反应物中氢气反应不完全的问题；最后是 将反应后的甲垸混合气体中的甲垸分离和原料气的甲垸分离同在一装置中进行，分离后剩余 的气体继续进行甲垸化反应，解决设备和反应过程中剩余资源的再利用问题，使整个过程实 现连续生产。基于上述问题和目的，提出一种利用焦炉气生产甲垸的工艺，该工艺包括焦炉气净化处 理方法，变压吸附方法，深冷分离方法，膜分离方法以及甲烷化反应方法，该工艺按下列步 骤进行(1) 焦炉气经净化工序处理后，在0 5(TC， 0. 1 7.0MPa下进行分离，得到甲垸和混合物；(2) 上述步骤(1)分离的混合物与输入的二氧化碳气进行甲垸化反应，制得甲垸混合气体；(3) 上述步骤(2)的甲烷混合气体返回上述步骤(1)中，与净化后的焦炉气在0 50'C， 0.1 7. 0MPa下进行分离，得到甲垸和混合物；(4) 依次进行上述步骤(2)和上述步骤(3)。 上述技术方案中所述工艺的焦炉气是煤的低温干馏、中温干馏或是高温干馏所产生的焦炉气；所述工艺中的分离是变压吸附分离、深冷分离、膜分离或者是三种分离的任意组合； 所述工艺中分离得到的甲烷是液态或者是气态；所述工艺中输入的二氧化碳气的量为甲垸化 总气量的20 60%;所述工艺中的二氧化碳气中的二氧化碳的含量为20 100%;所述工艺中 分离得到的甲垸中的甲垸含量大于90%。本工艺的焦炉气经净化工序处理后，进入物理分离装置进行甲烷分离，分离甲垸后剩余 的气体进入甲垸化装置进行甲垸化反应，甲垸化装置补充含有二氧化碳的气体，甲垸化反应 后，得到的甲烷混合气体返回物理分离装置，与进入分离装置的焦炉气一并进行甲垸分离操 作。过程依次循环。与现有技术相比，本专利技术的突出之处在于①采用的主要原料是煤干馏产生的焦炉气， 在减少大气污染物排放的同时，将焦炉气转化为一种有用的资源；②所采用的分离是根据实 际条件采用变压吸附分离、深冷分离、膜分离或者是三种分离的任意组合，这样可以根据现 有的条件对工艺进行灵活的改进，减少设备的重复投资；③在进行甲烷化反应之前，先进行 甲烷分离操作，即将反应物中的甲垸回收之后再进行甲烷化反应，大大提高了甲垸化反应速 率和甲烷收率。反应速率提高，则会縮短反应时间和循环周期，减小反应器体积和催化剂用 量，增大产量，提高收率；④甲垸化过程进行补碳的气体中，二氧化碳含量为20 100%，不 但减少了大气污染物二氧化碳的排放，将二氧化碳转化为新的能源，提供了一种二氧化碳资 源化的途径，而且使焦炉气中的氢气最大限度的参与反应，提高了收率；⑤甲烷化反应后甲 烷混合气体返回分离装置，与进入分离装置的焦炉气共同进行分离操作，整个过程不但有效 利用了设备，循环利用了整个过程中剩余的一氧化碳、二氧化碳和极少量的氢气这些可用资 源，并且实现了连续生产以及污染物的零排放。 附图说明图1是本专利技术具体实施方式之一的工艺流程图； 图2是本专利技术具体实施方式之二的工艺流程图； 图3是本专利技术具体实施方式之三的工艺流程图； 图4是本专利技术具体实施方式之四的工艺流程图； 图5是本专利技术具体实施方式之四的工艺流程图。 具体实施例方式下面结合附图，用实施例对本专利技术的具体实施方式作出进一步的详细说明，所属技术领 域的技术人员能够理解和实施本专利技术，其优点和积极效果也能够同时得到体现。 实施例1专利技术焦炉气来源于煤的低温干馏、中温干馏或者是高温干馏，并且为初步净化后的焦炉气，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦炉气生产甲烷的工艺，包括焦炉气的净化处理方法，变压吸附方法，深冷分离方法，膜分离方法以及甲烷化反应方法，该工艺按下列步骤进行：　（１）焦炉气经净化工序处理后，在０～５０℃，０．１～７．０ＭＰａ下进行分离，得到甲烷和混合物；　 　（２）上述步骤（１）分离的混合物与输入的二氧化碳气进行甲烷化反应，制得甲烷混合气体；　（３）上述步骤（２）的甲烷混合气体返回上述步骤（１）中，与净化后的焦炉气在０～５０℃，０．１～７．０ＭＰａ下进行分离，得到甲烷和混合物；　（ ４）依次进行上述步骤（２）和上述步骤（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：申曙光，张金龙，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]