CN108456548A - 一种沼气制油的模块化撬装式装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种沼气制油的模块化撬装式装置，其包括：净化压缩和重整模块，用于对沼气先除杂、净化再压缩后作为甲烷重整反应的原料，而后对所得原料进行甲烷重整反应转化为合成气，且所得合成气作为费托合成的原料；费托合成模块，用于将甲烷重整反应所得合成气转化为烃类物质，同时保证费托合成反应过程中能量和反应物料的循环；公用工程模块，用于处理净化压缩和重整模块生成的重整水、费托合成模块生成的合成水，并给各模块提供所需的动力、物料和能源；其中，各模块中都还包含相配套的自动控制系统，用于对各模块中装置的运行进行控制。该撬装式装置可标准化设计和定制，节约成本；且能够整体撬装，易于运输、安装和拆卸，并可连续运行。

Description

一种沼气制油的模块化撬装式装置
技术领域
本发明属于沼气制油技术领域，尤其涉及一种沼气制油的模块化撬装式装置。
背景技术
沼气是有机物在隔绝空气条件下，经过微生物发酵作用产生的一种可燃气体，主要成分是甲烷和二氧化碳，二者所占比例超过了90％。沼气的来源很广：农业生产过程中的秸秆，畜牧养殖场的动物粪便，废弃的纸张和碎木屑，城市家庭厨房的剩余食品以及饭店的餐余垃圾等有机废弃物，在收集、堆积及填埋过程中都会产生沼气。
中国是一个农业大国，每年产生的生物质资源超过30亿吨。而沼气被认为是生物质行业最具产业化可行性的技术。目前沼气的用途主要有：(1)生活燃料：家庭烹饪、取暖、照明和锅炉；(2)发电：大量有机废弃物经厌氧发酵产生沼气，驱动内燃机组发电；(3)燃料电池：使用沼气进行化学反应产生电能；(4)制取合成气：将沼气重整制取合成气(氢气和一氧化碳)。而合成气通过费托合成反应和加氢工艺，能转化为高附加值的油品，比如燃料油、润滑油基础油及高级石蜡等。
现有技术的组合可以实现从沼气制取清洁油品，如采用天然气气化技术、天然气干重整技术制取合成气，然后合成气经过费托合成反应转化为烃类产品。但是，现有技术建设此类化工生产装置时，均采用了按照处理量进行专项工程设计，按照设计文件进行设备订制以及仪表、阀门、管线、电气元器件等选型采购，然后在生产现场进行设备和工艺安装的方式。存在每个项目设计耗时，建设过程周期长，设计非标件多，就地安装建设的装置无法移动等问题，同时也造成了装置工程造价高，对于处理量较小的场合达不到规模化效益。
由于沼气量小、分散，采用传统技术建设沼气制油装置将存在项目多、投资高、经济效益差等问题。
本发明提出了一种在处理规模上进行系列化设计的可移动撬装式装置，可以采用一套或多套撬装式装置并联操作而方便地改变总的处理规模，同时该装置内设备等采用模块化、标准化设计和制造，降低了装置设备制造、安装和维修维护成本。本发明适用于分布式能源产品的生产。
发明内容
本发明的目的在于，为解决上述问题，提供一种沼气制油的模块化撬装式装置，各撬装模块规模按照系列标准设计，设备定型制造组装，能够使各模块中装置实现整体撬装，易于运输、安装和拆卸，可方便地运输到沼气所在地；各模块之间能够快速连接，形成沼气制油成套撬装式装置，连接沼气后就地进行沼气制油生产和集中控制，且可连续运行，人力成本低。
为了实现上述目的，本发明提供一种沼气制油的模块化撬装式装置，所述模块化撬装式装置包括：
净化压缩和重整模块，用于对沼气先除杂、净化再压缩后作为甲烷重整反应的原料，而后对所得原料进行甲烷重整反应转化为合成气，且所得合成气作为费托合成的原料；
费托合成模块，用于将甲烷重整反应所得合成气转化为烃类物质，同时保证费托合成反应过程中能量和反应物料的循环；
公用工程模块，用于处理净化压缩和重整模块生成的重整水、费托合成模块生成的合成水，并给各模块提供所需的动力、物料和能源；
其中，各模块中都还包含相配套的自动控制系统，用于对各模块中装置的运行进行控制。
本发明中，根据具体需要，通过管道、阀门、法兰和电缆等标准设备进行各个模块之间连接和/或通讯。
根据本发明提供的模块化撬装式装置，优选地，所述净化压缩和重整模块包括：气液分离器，用于脱除沼气中的微液滴；脱硫塔，用于对脱除微液滴后的沼气进行硫化氢脱除；过滤器，用于对脱除硫化氢后的沼气进行固体粉尘脱除；气体压缩机，用于将除杂、净化后的沼气进行压缩，压缩到甲烷重整反应所需压力后作为甲烷重整反应的原料；甲烷重整反应器，用于将压缩后的原料(沼气中的甲烷在一定温度、压力和催化剂的作用下)催化转化为合成气；冷却器，用于将甲烷重整反应的生成物冷却；分离器，用于将冷却后生成物进行气液分离，得到合成气与重整水。
优选地，所述甲烷重整反应器的出口流出的生成物经冷却后分离得到的重整水进入公用工程模块的水净化系统进行净化处理；经冷却后分离得到的气相产物合成气作为费托合成反应的原料进入费托合成模块。
在本发明的一种示例中，所述净化压缩和重整模块中的冷却器可选自与空压风和/或沼气换热的换热器、空气冷却器、循环水冷却器以及与循环制冷系统的冷源进行换热的冷却器中一种或几种的组合。
在所述净化压缩和重整模块中，各装置之间均采用法兰和/或管线连接。在所述气液分离器的入口连接着沼气管道，通过气液分离器将从沼气管道而来的原料沼气进行气液分离，脱除沼气中的微液滴；然后通过脱硫塔将沼气中的硫化氢脱除，再经过过滤器脱除沼气中的固体粉尘。在所述过滤器的出口通过管道与气体压缩机连接，压缩后的沼气送入所述甲烷重整反应器的入口。净化后的沼气通过气体压缩机将其压缩到0.5-3.0MPa，供甲烷重整反应使用。
公用工程模块中经过净化、压缩到0.5-3.0MPa的空压风，按照与沼气流量一定的比例送入净化压缩和重整模块，供甲烷重整反应使用。
根据本发明，所述净化压缩和重整模块的甲烷重整反应器内设置有等离子弧发生装置和重整催化剂，沼气中富含的甲烷与空气(空压风)进入反应器后，在等离子弧放电状态下迅速升温并解离成自由基气体，高温自由基气体在重整催化剂，例如镍催化剂的作用下发生反应，生成合成气(一氧化碳+氢气)和水(重整水)。
优选地，所述甲烷重整反应条件为：反应压力为0.5-3.0MPa，更优选为0.5-1.0MPa；反应温度为400-1100℃，更优选为850-1050℃。
优选地，所述甲烷重整反应中，空压风与甲烷的体积流量比为20:1～1:1，更优选为5:1～2:1。进入甲烷重整反应器的空压风与甲烷的体积流量比例将决定重整反应生成的合成气中氢气与一氧化碳的体积流量比例。
改变空压风与甲烷气体的体积流量比例将会改变甲烷重整反应器的反应温度。例如，在空压风与甲烷的体积流量比小于10:1的情况下，增加空压风与甲烷的体积流量比将会使甲烷重整反应器中的反应温度上升；反之，减低空压风与甲烷的体积流量比例将会使甲烷重整反应器中的反应温度降低。在空压风与甲烷的体积流量比大于10:1的情况下，增加空压风与甲烷的体积流量比将会使甲烷重整反应器中的反应温度降低。反之，减低空压风与甲烷的体积流量比例将会使甲烷重整反应器中的反应温度增加。
为了既能获得预期氢碳比的(氢气与一氧化碳体积比例)重整合成气，又能够将重整反应温度控制在所需的值，优选地，可在所述甲烷重整反应中通入一定量的来自于公用工程模块的净化水，用于将重整反应温度调节到所需的值。当重整反应温度高于需要的值时增加水的流量，反之则减少水的流量。
由于空压风与甲烷的体积流量比，以及通入甲烷重整反应器中的净化水流量均能影响重整反应器的温度和所得重整合成气中氢气与一氧化碳体积比例，因此，本发明中以净化水的注入量按照所需重整合成气的氢碳比要求，将净化水的流量与甲烷气体的体积流量比值控制在一定的范围进行操作，用空压风与甲烷的体积流量比做最后的调节手段控制重整反应温度。优选地，所需重整合成气氢碳比在1.2～2.5时，净化水与甲烷气体的体积流量比控制在0.12～0.25。
根据本发明提供的模块化撬装式装置，所述费托合成模块是整个模块化撬装式装置的核心模块，其作用是将合成气转化为烃类物质。优选地，所述费托合成模块包括：合成气压缩机、预热器、费托合成反应器、循环气压缩机、汽包系统、油水气三相分离系统以及烃类产品罐。
甲烷重整反应所得的合成气进入合成气压缩机进行增压，增压后的合成气通入预热器升温后进入费托合成反应器；费托合成的反应产物为从甲烷开始到碳原子数可高达100以上的烃类化合物和合成水；费托合成反应器的出口物流(包括未反应合成气及费托合成的反应产物一起)进入油水气三相分离系统进行油、水、气三相分离，分离所得的烃类物质进入烃类产品罐；分离所得的未反应合成气和气相烃类组成的气相产物，大部分通过循环气压缩机压缩后进入费托合成反应器，剩余部分作为排放尾气；分离所得的合成水进入公用工程模块。
在本发明的优选实施方式中，所述油水气三相分离系统包括依次连接的热分离罐、冷分离罐以及深冷罐。费托合成的反应产物依次进入热分离罐、冷分离罐以及深冷罐进行油、水、气的三相分离。
优选地，所述汽包系统中的循环过热水进入费托合成反应器的取热通道经换热后，再次回到汽包系统。费托合成反应为强放热反应，为了移走反应热量，通过一套汽包系统，采用过热水同温汽化吸热原理，将反应热取走。
在一种优选实施方式中，所述费托合成反应器内由至少一个装填有催化剂的反应通道和至少一个并且与反应通道仅为“一墙之隔”的形式紧邻的过热水取热通道构成。
在一种优选实施方式中，所述汽包系统中的循环过热水进入费托合成反应器的取热通道经换热后，再次回到蒸汽包。具体的过程是：从汽包来的循环过热水进入费托合成反应器的取热通道，吸收传热过来的反应热，部分过热水经吸热后汽化，优选地，过热水汽化时温度不变，成为同温的蒸汽，在全部过热水都发生气化前已经完成吸热，未气化的过热水和汽化的同温蒸汽混合物一起流出费托合成反应器进入蒸汽包，沿反应器轴向方向取热通道整体保持等温。过热水与蒸汽混合物在蒸汽包内进行汽液分离，分离出的过热水循环回费托合成反应器，分离出的蒸汽经过压力控制阀后，被冷凝成水后送回到蒸汽包。
优选地，在费托合成反应器中生成并在冷分离罐分离得到的合成水进入公用工程模块的水净化系统进行净化处理。
从净化压缩和重整模块得到的合成气通过合成气压缩机增压到1.0-4.0MPa，经预热器升温到200-270℃后进入费托合成反应器，在催化剂的作用下发生费托合成反应，生成的产物经气液分离后得到液相烃类物质(油)、气相产物以及合成水。费托合成反应器中的反应产物依次经过热分离罐(温度为130-160℃、压力为1.0-4.0MPa)、冷分离罐(温度为30-60℃、压力为1.0-4.0MPa)和深冷罐(温度为0-10℃、压力为1.0-4.0MPa)进行三级气液分离，分离得到的合成蜡、重质油和轻质油分别进入3-5个烃类产品罐；分离得到的气相产物为未反应的合成气以及气相烃类，这些气体大部分通过循环气压缩机压缩后(称为循环气)与合成气混合，重新进入费托合成反应器，少部分作为尾气排出装置。分离得到的合成水通过管线进入公用工程模块的水净化系统。
根据本发明提供的模块化撬装式装置，优选地，所述公用工程模块包括：
空压风系统，用于给净化压缩和重整模块提供甲烷重整反应所需的空气及所有模块中装置的气动调节阀提供驱动气；更优选地，所述空压风系统包括：空气净化器、空气压缩机、缓冲罐和减压器；
水净化系统，用于净化处理重整反应所得的重整水和费托合成反应所得的合成水，并提供所述甲烷重整反应所需的净化水。在一种优选实施方式中，水净化系统包括：碱液罐、碱液泵、碱中和罐、蒸发结晶器、净化水罐和净化水泵；由预先配置并存置在碱液罐中的碱液经过碱液泵输送，与来自净化压缩和重整模块的重整水以及来自费托合成模块的合成水一起进入碱中和罐，发生碱中和反应，碱中和后液体再流入蒸发结晶器，部分水被蒸发出来并冷凝后得到的净化水进入净化水罐，经净化水泵加压后送到沼气净化压缩和重整模块，用于甲烷重整反应，大部分含有盐的废水排出装置。优选地，碱液为1～10％浓度的NaOH溶液，更优选为3～5％浓度的NaOH溶液；
循环制冷系统，用于给净化压缩和重整模块中的冷却器以及费托合成模块中的三级气液分离系统提供所需冷却源。在一种优选实施方式中，所述循环制冷系统由一台制冷机、冷却液循环泵、流量调节阀构成，冷却液为2-20％浓度的乙二醇水溶液，优选地为5-10％浓度的乙二醇水溶液。
根据本发明提供的模块化撬装式装置，每个模块中都单独设置一套自动控制系统对模块中的装置进行自动化控制和操作。在本发明的一种示例中，所述自动控制系统包括：1台中央控制柜，其通过例如DCS系统控制本模块中各装置的运转。这些运转情况例如包括：温度、压力、流量、液位的控制以及联锁控制等。
所述自动控制系统可实现智能化就地操作，其优势在于：(1)摒弃了传统的输入输出设备(如鼠标和键盘)，采用大屏幕触摸屏操作；(2)控制系统内含无线终端(如包括移动网卡或SIM卡的设备)，可以通过无线信号与其他终端(如手机、平板电脑等移动式终端)通讯，实现对各个模块的远程控制；(3)设置一键式启停开关，去掉需手动操作的手阀、旁路阀等，只保留自动控制的开关或者调节阀；(4)对升降温、升降压和流量变化等采取预设程序，提高自动化水平。
根据本发明提供的模块化撬装式装置，优选地，所述净化压缩和重整模块、费托合成模块、公用工程模块均设计为复层式网状结构框架。所述复层式网状结构框架由若干个子模块框架进行水平拼接和竖向堆叠而成；例如，单个子模块的长和宽可均为2.3米，高度可为2.0米，采用C型钢焊接成框架。复层式网状结构框架的层数按照撬装式装置的规模而定，例如，在5加仑/天(GPD)到20桶/天(BPD)费托合成油的规模范围内，子模块的竖向堆叠层数为2～6层，水平拼接的子模块数量根据不同模块有所不同，其中净化压缩和重整模块的水平拼接子模块数可为1～12个，费托合成模块可为1～20个，公用工程模块可为1～6个。各子模块框架拼接后即可形成复层式网状结构框架。
所述各模块所包含的装置安装在所述复层式网状结构框架内，各模块中装置的进出管线、通讯网线完成连接后即形成所述沼气制油的模块化撬装式装置。每一个模块中，通过设置的复层式网状结构框架将其所包含的装置按照工艺单元分割成小的子模块，各个子模块呈积木式安装。
更优选地，所述复层式网状结构框架的每一层(包括底层)上均设有一个底座，每一个模块中，各个子模块包含的若干装置安装在各层底座和/或网状框架结构的柱子上。例如，在净化压缩和重整模块，通过所述复层式网状结构框架又分为原料气净化子模块、净化气压缩和重整反应器子模块、重整生成物冷却和气液分离子模块、AC/DC机柜子模块。
子模块中所包含装置的积木式安装为：每个子模块都有一个底座(即复层式网状结构框架的每层设置的底座)，子模块所包含的各装置安装在底座上，底座分布有若干个吊装孔。当各个子模块离开生产线后，由载重车运抵现场，按模块中的工艺流程走向如同“积木”一样就地安装，组合在一起就是一套标准的沼气制油撬装式装置，最终实现从沼气制油的技术路线。各装置可实现多次、快速及便捷地拆装运输。
根据本发明提供的模块化撬装式装置，优选地，所述费托合成模块中，除了其本身模块的一级自动控制系统之外，还设置有中央控制器；所述净化压缩和重整模块、费托合成模块、公用工程模块中均设置有独立的自动控制系统作为一级自动控制系统，用于接受中央控制器的操作控制指令；
各个一级自动控制系统均通过通讯网线与位于费托合成模块的中央控制器连接，将信号集中到位于费托合成模块中的中央控制器。
优选地，安装一级自动控制系统的相应电气元件(如继电器、开关等)和控制系统硬件(如AI/AO卡)所需要的机柜和/或电柜挂接在本模块中设置的复层式网状结构框架上。
更优选地，所述中央控制器不仅用作为本模块中装置运行的二级控制，还用于对净化压缩和重整模块及公用工程模块中装置的自动控制系统进行二级控制，自动控制各模块之间物料的输送和信号传递，从而可操作控制整套撬装装置。
根据本发明，为了尽可能减少模块之间的连接件，方便拆卸重装，各模块中的装置优选按照单元工艺的流程走向进行模块化组装。将所有模块中装置的进出管线、通讯线连接后，组装成为一套整体撬装的沼气制油装置。
优选地，本发明所述撬装式沼气制油装置至少包括，净化压缩和重整模块的一条合成气管线、一条自动控制通讯网线连接到费托合成模块；一条重整水管线、一条循环冷却水回水线连接到公用工程模块。
优选地，本发明所述撬装式沼气制油装置至少包括，费托合成模块的一条合成水管线、一条循环冷却水回水线连接到公用工程模块。
优选地，本发明所述撬装式沼气制油装置至少包括，公用工程模块的一条空压风管线、一条净化水管线和一条循环冷却水上水线连接到净化压缩和重整模块；一条循环冷却水上水线、一条自动控制系统通讯线连接到费托合成模块。
另外，在安装过程中，各模块内部基本不考虑中间操作通道，同时维修空间和设备间距最小化，最终实现便携式的紧凑化安装。
根据本发明提供的模块化撬装式装置，由于模块化撬装式装置拆迁方便、便于流动，整个装置的规模存在适用范围，规模太大时很难实现撬装。优选地，所述模块化撬装式装置的油品生产规模为5GPD-20BPD。在本发明的示例中，模块化撬装式装置所需的设备、仪表、材料、管阀件等按照5GPD、2BPD、10BPD和20BPD规模进行系列化设计和标准定制；更优选地，按照5GPD和20BPD规模进行系列化设计和标准定制。
本领域技术人员可以理解，本发明所述的GPD是指5加仑/天，所述BPD是指20桶/天，均是用来表示费托合成油的规模。
本发明技术方案的有益效果在于：
(1)抛弃传统的按照功能和类型集中布局的方式，采用模块化设计思路，形成一套标准的沼气制油撬装式装置，通过整体协作，实现从沼气制油的技术路线；
(2)按工艺流程走向，通过底座将模块中各设备如同“积木”一样就地安装，实现多次、快速及便捷地拆装运输；
(3)模块内部的紧凑式设计，节约了撬装式装置的空间；
(4)所有模块内的设备驱动方式(比如转动、加热、流体驱动等)均为电力驱动，可以是商业电力输入或外置发电机输入，便捷的同时自动化水平提高。
附图说明
图1为本发明一种示例所述模块化撬装式装置进行沼气制油的流程示意图。为了图示的简洁，附图中仅示意性地绘制了本发明各模块中所包含的主要设备或者各流程的简化名称。
具体实施方式
为了能够详细地理解本发明的技术特征和内容，下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然实施例中描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
在本发明的一种示例中，所述的沼气制油的模块化撬装式装置包括：
净化压缩和重整模块，用于对沼气先除杂、净化再压缩后作为甲烷重整反应的原料，而后对所得原料进行甲烷重整反应转化为合成气，且所得合成气作为费托合成的原料；
费托合成模块，用于将甲烷重整反应所得合成气转化为烃类物质，同时保证费托合成反应过程中能量和反应物料的循环；
公用工程模块，用于处理净化压缩和重整模块生成的重整水、费托合成模块生成的合成水，并给各模块提供所需的动力、物料和能源；
其中，各模块中都还包含相配套的自动控制系统，用于对各模块中装置的运行进行控制。
所述净化压缩和重整模块包括：气液分离器，用于脱除沼气中的微液滴；脱硫塔，用于对脱除微液滴后的沼气进行硫化氢脱除；过滤器，用于对脱除硫化氢后的沼气进行固体粉尘脱除；气体压缩机，用于将除杂、净化后的沼气进行压缩，压缩到甲烷重整反应所需压力后作为甲烷重整反应的原料；甲烷重整反应器，用于将压缩后的原料(沼气中的甲烷在一定温度、压力和催化剂的作用下)催化转化为合成气；冷却器，用于将甲烷重整反应的生成物冷却；分离器，用于将冷却后生成物进行气液分离，得到合成气与重整水。所述冷却器为与空压风和/或沼气换热的换热器。
所述甲烷重整反应器的出口流出的生成物经冷却后分离得到的重整水进入公用工程模块的水净化系统进行净化处理；经冷却后分离得到的气相产物合成气作为费托合成反应的原料进入费托合成模块。
所述费托合成模块包括：合成气压缩机、预热器、费托合成反应器、循环气压缩机、汽包系统、油水气三相分离系统以及烃类产品罐。在优选实施方式中，油水气三相分离系统包括依次连接的热分离罐、冷分离罐以及深冷罐。费托合成反应器的出口物流依次进入热分离罐、冷分离罐以及深冷罐进行油水气三相分离系统后，分离所得的烃类物质进入烃类产品罐；分离所得的未反应合成气和气相烃类组成的气相产物，大部分通过循环气压缩机压缩后与合成气混合进入费托合成反应器，剩余部分作为排放尾气；分离所得的合成水进入公用工程模块。汽包系统中的循环过热水进入费托合成反应器的取热通道经换热后，再次回到汽包系统。
在费托合成反应器中生成并在冷分离罐分离得到的合成水进入公用工程模块的水净化系统进行净化处理。
所述公用工程模块包括：
空压风系统，用于给净化压缩和重整模块提供甲烷重整反应所需的空气及所有模块中装置的气动调节阀(图中未标出)提供驱动气；所述空压风系统包括：空气净化器、空气压缩机、缓冲罐和减压器；
水净化系统，用于净化处理重整反应所得的重整水和费托合成反应所得的合成水，并提供所述甲烷重整反应所需的净化水；
循环制冷系统，用于给净化压缩和重整模块中的冷却器以及费托合成模块中的三级气液分离系统提供所需冷却源。
在优选实施方式中，所述自动控制系统包括：1台中央控制柜，所述中央控制柜可以通过DCS系统控制本模块中各装置的运转。
所述净化压缩和重整模块、费托合成模块、公用工程模块均设计为复层式网状结构框架，各模块中装置的进出管线、通讯网线完成连接后即形成所述沼气制油的模块化撬装式装置。优选地，所述复层式网状结构框架的每一层均设有一个底座，每个模块中包含的若干装置安装在各层底座和/或网状框架结构的柱子上。每一个模块中，通过设置的复层式网状结构框架将其所包含的装置按照工艺单元分割成小的子模块，各个子模块呈积木式安装。
费托合成模块中，除了其本身模块的一级自动控制系统之外，还设置有中央控制器；每个模块中均设置有独立的自动控制系统作为一级自动控制系统，用于接受中央控制器的操作控制指令；
各个一级自动控制系统均通过通讯网线与位于费托合成模块的中央控制器连接，将信号集中到位于费托合成模块中的中央控制器；所述中央控制器不仅用作为本模块中装置运行的二级控制，还用于对净化压缩和重整模块及公用工程模块中装置的自动控制系统进行二级控制，自动控制各模块之间物料的输送和信号传递，从而可操作控制整套撬装装置。
安装一级自动控制系统的相应电气元件和控制系统硬件所需要的机柜和/或电柜挂接在本模块中设置的复层式网状结构框架上。
如图1所示，利用如上所示的模块化撬装式装置进行沼气制油的工艺流程，包括如下步骤：
(1)将沼气引入净化压缩和重整模块，依次通过气液分离器、脱硫塔、过滤器和气体压缩机后，得到含硫＜10ppb，含粉尘＜0.5μm，含油＜10ppm，压力为0.5-1.0MPa的净化沼气作为重整原料气。
(2)压缩后的净化沼气进入甲烷重整反应器，在600-1100℃、重整反应催化剂作用下将沼气中的甲烷与空压风、水蒸气反应转化为合成气(氢气和一氧化碳)。其中，空压风与甲烷的体积流量比为20:1～1:1，优选为5:1～2:1。合成气通过冷却降到室温后，经流量计量和控制后进入费托合成模块。
(3)在费托合成模块，来自净化压缩和重整模块的合成气通过合成气压缩机增压到1.0-4.0MPa，经预热器升温到200-270℃后进入费托合成固定床反应器，在费托合成催化剂的作用下发生费托合成反应，生成烃类物质和合成水。费托合成反应器出口的物流依次经过热分离罐(130-160℃、1.0-4.0MPa)和冷分离罐(30-60℃、1.0-4.0MPa)和深冷罐(0-10℃、1.0-4.0MPa)，进行油水气三相分离，得到的合成蜡、重质油、轻质油分别进入烃类产品罐。得到的气相为未反应的合成气以及气相烃类，这些气体大部分通过循环压缩机(称为循环气)与合成气混合后重新进入费托合成固定床反应器，少部分作为尾气排出装置。费托合成反应为强放热反应，为移走反应热量，设置一套汽包锅炉系统，采用反应器外壁夹套内热水循环换热取走反应热，保证反应温度的恒定。生成的合成水通过水净化系统后进入公用工程循环利用。
(4)每个模块中都单独设置一套自动控制系统对模块中的装置进行自动化控制和操作。在所述自动控制系统至少包括：1台中央控制柜，其通过例如DCS系统控制本模块中各装置的运转。在费托合成模块，除了其本身模块的一级自动控制系统之外，还设置有中央控制器；每个模块中均设置有独立的自动控制系统作为一级自动控制系统，用于接受中央控制器的操作控制指令。
在一种实施方式中，还可以将费托合成反应制得的烃类产品送至一套加氢装置；该加氢装置包括3个加氢反应器，4个油品罐，2个输油泵。费托合成反应制得的烃类产品在例如6.0MPa和350℃条件通过加氢稳定-加氢异构裂化工艺，生产出溶剂油、喷气燃料、白油、润滑油基础油和优质石蜡等油品。
反应原料的来源如下：
脱硫剂为氧化锌，北京三聚环保新材料股份有限公司生产；
甲烷重整反应的催化剂为Al2O3担载的Ni催化剂，美国Ceramatec公司生产；
费托合成反应的催化剂为铁/氧化铝催化剂，美国杨伯翰大学Brian教授团队研制。该催化剂的氧化铁含量为20％(重量百分数)，氧化铝为80％(重量百分数)，比表面积为186m2/g，孔体积为0.45cm3/g，平均孔径为9nm。
实施例1：
沼气引入净化压缩和重整模块的入口管线后，首先通过1个气液分离器，将沼气中携带的液滴脱除后进入2个串联的脱硫塔(内装脱硫剂氧化锌)，最后通过2个串联的滤芯孔径为0.2μm的金属粉末烧结过滤器，得到含硫＜10ppb，粉尘＜0.5μm，含油＜10ppm的沼气。净化后的沼气进入压缩模块，在1台气体压缩机作用下，得到0.8MPa的沼气作为重整原料气。
压缩后的沼气及空压风以1:10的体积流量比进入等离子弧重整反应器，在1050℃、Ni-Al2O3催化剂和水蒸气条件下发生重整反应，将甲烷转化为合成气(H2/CO＝2.1)。
合成气(流量为12Nm3/h)进入费托合成模块后，首先通过合成气压缩机将其增压到3.0MPa。增压后的合成气进入费托合成固定床反应器，在铁/铜/钾/氧化铝催化剂的作用下发生费托合成反应(反应温度250℃，空速6000h-1)，反应产物和未反应的合成气依次经过热分离罐(160℃)、冷分离罐(30℃)和深冷罐(-2℃)三级气液分离后，得到烃类产品，气体产品和未反应的气体大部分通过循环压缩机与合成气混合后重新进入反应器(循环气和合成气体积流量比为2.0)，少部分排出系统。生成的合成水排出到公用工程模块。费托合成反应放出的反应热通过汽包系统带出装置。
烃类产品泵送至一套加氢装置，包括3个加氢反应器，4个油品罐，2个输油泵。烃类产品在6.0MPa和350℃条件通过加氢稳定-加氢异构裂化工艺生产出了溶剂油、喷气燃料、白油、润滑油基础油和优质石蜡等油品。各种产品的收率分布(重量百分比)见表1：
表1油品形式及收率分布
实施例2
得到合成气的工艺过程同实施例1。
合成气(流量为12Nm3/h)进入费托合成模块后，首先通过合成气压缩机将其增压到2.0MPa。增压后的合成气进入一套产量为18L/天的费托合成固定床反应器，在铁/铜/钾/氧化铝催化剂的作用下发生费托合成反应(反应温度265℃，空速7500h-1)，反应产物和未反应的合成气依次经过热分离罐(160℃)、冷分离罐(30℃)和深冷罐(-2℃)三级气液分离后，得到烃类产品，气体产品和未反应的气体大部分通过循环压缩机与合成气混合后重新进入反应器(循环气和合成气比值为2.5)，少部分排出系统。生成的合成水排出到公用工程模块。费托合成反应放出的反应热通过汽包系统带出装置。
烃类产品泵送至一套加氢装置，包括3个加氢反应器，4个油品罐，2个输油泵。烃类产品在8.0MPa和370℃条件通过加氢工艺生产出了石脑油、柴油和润滑油基础油等油品。各种产品的收率分布(重量百分比)见表2：
表2油品形式及收率分布
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离本发明的主旨的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种沼气制油的模块化撬装式装置，其特征在于，所述模块化撬装式装置包括：
净化压缩和重整模块，用于对沼气先除杂、净化再压缩后作为甲烷重整反应的原料，而后对所得原料进行甲烷重整反应转化为合成气，且所得合成气作为费托合成的原料；
费托合成模块，用于将甲烷重整反应所得合成气转化为烃类物质，同时保证费托合成反应过程中能量和反应物料的循环；
公用工程模块，用于处理净化压缩和重整模块生成的重整水、费托合成模块生成的合成水，并给各模块提供所需的动力、物料和能源；
其中，各模块中都还包含相配套的自动控制系统，用于对各模块中装置的运行进行控制。
2.根据权利要求1所述的模块化撬装式装置，其特征在于，所述公用工程模块包括：
空压风系统，用于给净化压缩和重整模块提供重整反应所需的原料空气及所有模块中装置的气动调节阀提供动力；优选地，所述空压风系统包括：空气净化器、空气压缩机、缓冲罐和减压器；
水净化系统，用于净化处理重整反应所得的重整水和费托合成反应所得的合成水，并提供所述甲烷重整反应所需的净化水；
循环制冷系统，用于给净化压缩和重整模块以及费托合成模块提供所需冷却源。
3.根据权利要求1或2所述的模块化撬装式装置，其特征在于，所述净化压缩和重整模块包括：
气液分离器，用于脱除沼气中的微液滴；脱硫塔，用于对脱除微液滴后的沼气进行硫化氢脱除；过滤器，用于对脱除硫化氢后的沼气进行固体粉尘脱除；气体压缩机，用于将除杂、净化后的沼气进行压缩，作为甲烷重整反应的原料；甲烷重整反应器，用于将压缩后的原料催化转化为合成气；冷却器，用于将甲烷重整反应的生成物冷却；分离器，用于将冷却后生成物进行气液分离，得到合成气与重整水；
优选地，所述甲烷重整反应器的出口流出的生成物经冷却后分离得到的重整水进入公用工程模块；经冷却后分离得到的气相产物合成气作为费托合成反应的原料进入费托合成模块。
4.根据权利要求1或2所述的模块化撬装式装置，其特征在于，所述费托合成模块包括：合成气压缩机、预热器、费托合成反应器、循环气压缩机、汽包系统、油水气三相分离系统以及烃类产品罐；
所述甲烷重整反应所得的合成气进入合成气压缩机进行增压，增压后的合成气通入预热器升温后进入费托合成反应器；费托合成反应器的的出口物流进入油水气三相分离系统后，分离所得的烃类物质进入烃类产品罐；分离所得的未反应合成气和气相烃类组成的气相产物，大部分通过循环气压缩机压缩后与合成气混合进入费托合成反应器，剩余部分作为排放尾气；分离所得的合成水进入公用工程模块；
优选地，所述油水气三相分离系统包括依次连接的热分离罐、冷分离罐以及深冷罐；
优选地，所述汽包系统中的循环过热水进入费托合成反应器的取热通道经换热后，再次回到汽包系统。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的模块化撬装式装置，其特征在于，所述净化压缩和重整模块、费托合成模块、公用工程模块均设计为复层式网状结构框架，所述各模块所包含的装置安装在所述复层式网状结构框架内，各模块中装置的进出管线、通讯网线完成连接后即形成所述沼气制油的模块化撬装式装置；
优选地，所述复层式网状结构框架的每一层均设有一个底座，每个模块中包含的若干装置安装在各层底座和/或网状框架结构的柱子上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的模块化撬装式装置，其特征在于，所述费托合成模块中设置有中央控制器；所述净化压缩和重整模块、费托合成模块、公用工程模块中均设置有独立的自动控制系统作为一级自动控制系统，用于接受中央控制器的操作控制指令；
各个一级自动控制系统均通过通讯网线与位于费托合成模块的中央控制器连接，将信号集中到位于费托合成模块中的中央控制器；
优选地，安装一级自动控制系统的相应电气元件和控制系统硬件所需要的机柜和/或电柜挂接在本模块中设置的复层式网状结构框架上。
7.根据权利要求6所述的模块化撬装式装置，其特征在于，所述中央控制器用于对净化压缩和重整模块、费托合成模块及公用工程模块中装置的自动控制系统进行二级控制，自动控制各模块之间物料的输送和信号传递。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的模块化撬装式装置，其特征在于，各模块中的装置按照单元工艺的流程走向进行模块化组装；
优选地，所述模块化撬装式装置至少包括，净化压缩和重整模块的一条合成气管线、一条自动控制通讯网线连接到费托合成模块；一条重整水管线、一条循环冷却水回水线连接到公用工程模块；
优选地，所述模块化撬装式装置至少包括，费托合成模块的一条合成水管线、一条循环冷却水回水线连接到公用工程模块；
优选地，所述模块化撬装式装置至少包括，公用工程模块的一条空压风管线、一条净化水管线、和一条循环冷却水上水线连接到净化压缩和重整模块；一条循环冷却水上水线、一条自动控制系统通讯线连接到费托合成模块。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的模块化撬装式装置，其特征在于，所述模块化撬装式装置的油品生产规模为5GPD-20BPD。
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