CN109266413B - 一种利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法 - Google Patents

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Abstract

利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气无需减压通过气气换热器进入高压一级等温甲烷化反应器，在温度250‑380℃、压力1.0‑7.0MPa和镍催化剂作用下，将非渗透气中的H2、CO和CO2反应生成甲烷，CO甲烷化反应热在等温甲烷化反应器中通过中压锅炉水以副产4.0‑4.5Mpa的中压蒸汽的形式回收，甲烷化反应通过水移热控温，温度易于控制，不需要设置循环压缩机控温，压力高、温度低均有利于甲烷化反应平衡转化，仅需要一级甲烷化反应即可满足送入天然气管道的要求，无需进行液化深冷分离等处理。本发明将氢回收后的非渗透气作为高压等温甲烷化的原料气，制得的气体无需深冷液化分离，可直接送入输送天然气管道。

Description

一种利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法
技术领域
本发明涉及一种利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，具体地说涉及一种利用甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气生产合成天然气的方法。
背景技术
甲醇是重要的化工原料，在煤化工、石油化工和交通运输等行业均有广泛的应用。目前甲醇主要以一氧化碳、二氧化碳、氢气为原料在一定的温度、压力、Cu基甲醇催化剂的作用下反应生成甲醇。但是由于一氧化碳、二氧化碳、氢气生成甲醇的反应为可逆反应，合成甲醇的单程转化率较低，因此目前普遍的做法是将液相产物冷凝分离出来后，剩下大部分未反应气体作为循环气与新鲜原料气混合后进入甲醇合成塔再行反应。但是由于循环气氮气、甲烷惰气含量较高，容易在系统累积，如果直接参与反应会影响甲醇合成的正常运行，因此通常将大量含有氮气、甲烷的气体放掉，这部分被放掉的气体称为驰放气。目前大部分甲醇生产企业通常将驰放气内的氢气回收，而对于其余非渗透尾气除了进行燃烧之外，现有技术中还有大量研究回收利用非渗透尾气的技术。
CN101892104 A提出了一种利用甲醇驰放气制备液化天然气的方法，采用了循环气控温，两级绝热甲烷化，再通过深冷分离技术，制得液化天然气(LNG)。但循环工艺中由于较大的循环比，能耗较高，且循环压缩机增加了装置投资。
CN102268307 A提出了一种利用甲醇驰放气生产合成天然气的方法，为了省去循环机，采用多级甲烷化反应器串联，工艺流程较为复杂。
CN104177227 A提出了一种焦炉气和煤气制甲醇联产天然气的方法，该方法根据设置不设置小合成系统对甲烷化控温提出了两种方式：一是不设置小合成系统时，甲烷化一二级反应仍需要设置循环压缩机来保证甲烷化反应不超温；当设置小合成系统时，需要再用小合成的循环量来控制一氧化碳和二氧化碳含量之和能保证进甲烷化装置而使甲烷化反应不超温。工艺设置较为复杂。
CN105733715 A提出了一种利用甲醇驰放气合成LNG联产液氨的工艺，该工艺也是采用两级绝热甲烷化工艺，并采用压缩机循环气控制甲烷化温升，最后采用深冷分离制得液化天然气LNG。
CN203960156 U提出了一种以甲醇驰放气为原料生产LNG的系统，该系统特征是在进入甲烷化之前专门设置了减压单元。为避免甲烷化反应过于 剧烈，可以用于深冷分离制取液化天然气LNG，但对于制取合成天然气来说，减压后，后续还需再增压，能量利用不合理。
CN105820850 A提出了一种利用甲醇生产天然气的方法，该方法以甲醇为原料，利用甲醇裂解制取氢气和二氧化碳或氢气和一氧化碳，再与焦炉煤气或甲醇驰放气等富氢气混合，通过绝热多段固定床合成甲烷。甲醇和甲烷同为化工产品，完全没有必要将合成气先合成甲醇，再裂解为合成气再合成甲烷,经济上不合理。
CN104557390 A提出了一种利用甲醇驰放气联产合成液态甲烷的方法，该方法是采用甲醇驰放气作为原料，未经氢回收，原料气氢气较为富裕；在温度 430-480℃合成甲烷，反应温度较高，不利于甲烷的平衡转化。并需要后续分离，提纯深冷，得到液体甲烷。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明提供一种利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，实现了甲醇驰放气的完全利用，具有很好的经济环保效益。具体步骤为：甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气无需减压通过气气换热器进入高压一级等温甲烷化反应器，在温度250-380℃、压力 1.0-7.0MPa和镍催化剂作用下，将非渗透气中的H2、CO和CO2反应生成甲烷， CO甲烷化反应热在等温甲烷化反应器中通过中压锅炉水以副产4.0-4.5Mpa的中压蒸汽的形式回收，甲烷化反应通过水移热控温，温度易于控制，不需要循环压缩机控温，压力高、床层温度低均有利于甲烷化反应平衡转化，仅需要一级甲烷化反应即可满足送入天然气管道的要求，无需进行液化深冷分离等处理。通过出一级等温甲烷化反应器的合成气首先给进口气预热后，再依次经过脱盐水预热器、循环水冷却器降温至40℃左右，再进入气液分离器分离出液态水后，送入天然气管道。
所述的等温甲烷化反应器为管壳式结构，管内走水，管间装填镍基甲烷化催化剂，甲烷化反应热从反应床层中移出，以副产中压蒸汽的形式回收热量。等温甲烷化反应器催化剂床层的热点温度不超380℃。
本发明更具体的技术方案如下：
一种利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，步骤为：
A、甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气无需减压通过气气换热器进入高压一级等温甲烷化反应器；
B、在温度250-380℃等温反应器内、压力1.0-7.0MPa和镍催化剂作用下，将非渗透气中的H2、CO和CO2反应生成甲烷；
C、出等温甲烷化反应器的合成气首先给进口气预热后，再依次经过脱盐水预热器、循环水冷却器降温至40℃，再进入气液分离器分离出液态水后，无需再进行深冷分离，直接送入天然气管道。
A步骤中利用甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气作为原料气，利用等温甲烷化出口合成气将原料气预热至200-260℃。
B步骤中等温反应温度为250-380℃，优选等温反应温度为280-320℃。B 步骤中所述的高压等温甲烷化系统压力控制在1.0-7.0MPa之间，优选反应压力为5.0-7.0MPa。
B步骤中将非渗透气中的H2、CO和CO2最大限度的平衡反应生成甲烷，等温甲烷化反应通过水移热控温，温度易于控制，不需要设置循环压缩机控温，压力高、温度低均有利于甲烷化反应平衡转化，一级甲烷化反应即可满足送入天然气管道的要求。
最终合成气直接送入天然气管道，无需再进行液化深冷分离处理。
本发明具有以下优点：
(1)本发明采用高压一级等温甲烷化，氢回收富裕氢气后的非渗透气无需减压直接进入高压等温甲烷化系统，合成气并入天然气管道无需再提压；
(2)本发明采用高压一级等温甲烷化，利用水的潜热移走热量，控制甲烷化的反应比较温和，延长了催化剂的使用寿命，降低了运行成本；甲烷化反应通过水移热控温，温度易于控制，压力高、床层温度低均有利于甲烷化反应平衡转化，仅需要一级甲烷化反应即可满足送入天然气管道的要求，无需进行液化深冷分离等处理；
(3)本发明将氢回收的非渗透气全部回用，实现了甲醇驰放气的完全利用，具有很好的经济环保效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图，其中主要设备包括：1、气气换热器；2、等温甲烷化反应器；3、汽包；4、脱盐水预热器；5、循环水冷却器；6、气液分离器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。此外应理解，在阅读本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：
本实施例利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，具体步骤为：甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气6000Nm3/h(含有体积分数H2 29％CO 5％CO2 9.5％),通过气气换热器进入高压一级等温甲烷化反应器，在温度 320℃、压力5.0MPa和镍催化剂作用下，将非渗透气中的H2、CO和CO2反应生成甲烷，出等温甲烷化反应器的合成气首先给进口气预热后，再依次经过脱盐水预热器、循环水冷却器降温至40℃左右，再进入气液分离器分离出液态水后，可以生产4330Nm3/h的合成气送入天然气管道。
实施例2：
本实施例利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，具体步骤为：甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气4500Nm3/h(含有体积分数H2 35％CO 6％CO2 10％),通过气气换热器进入高压一级等温甲烷化反应器，在温度 320℃、压力6.0MPa和镍催化剂作用下，将非渗透气中的H2、CO和CO2反应生成甲烷，出等温甲烷化反应器的合成气首先给进口气预热后，再依次经过脱盐水预热器、循环水冷却器降温至40℃左右，再进入气液分离器分离出液态水后，可以生产2990Nm3/h的合成气送入天然气管道。
实施例3：
本实施例利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，具体步骤为：甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气1000Nm3/h(含有体积分数H2 35％CO 8％CO2 10％),通过气气换热器进入高压一级等温甲烷化反应器，在温度 320℃、压力7.0MPa和镍催化剂作用下，将非渗透气中的H2、CO和CO2反应生成甲烷，出等温甲烷化反应器的合成气首先给进口气预热后，再依次经过脱盐水预热器、循环水冷却器降温至40℃左右，再进入气液分离器分离出液态水后，可以生产657Nm3/h的合成气送入天然气管道。

Claims (3)

1.一种利用氢回收非渗透气生产合成天然气的方法，其特征在于，具体步骤为：
A、甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气无需减压通过气气换热器进入高压一级等温甲烷化反应器；
B、在温度250-380℃等温反应器内、压力5.0-7.0MPa和镍催化剂作用下，将非渗透气中的H2、CO和CO2反应生成甲烷；
C、出等温甲烷化反应器的合成天然气首先给进口气预热后，再依次经过脱盐水预热器、循环水冷却器降温至40℃，再进入气液分离器分离出液态水后，无需再进行深冷分离，直接送入天然气管道；
所述B步骤中将非渗透气中的H2、CO和CO2最大限度的平衡反应生成甲烷，等温甲烷化反应通过水移热控温，温度易于控制，不需要设置循环压缩机控温，压力高、温度低均有利于甲烷化反应平衡转化，一级甲烷化反应即可满足送入天然气管道的要求。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：A步骤中利用甲醇驰放气经氢回收富裕氢气后的非渗透气作为原料气，利用等温甲烷化出口合成气将原料气预热至200-260℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：B步骤中等温反应温度为280-320℃。
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