CN114075461A - 一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺及系统，属于化工领域，其中工艺包括以下步骤：将氢气加入到原料气当中，直至原料气中CO的含量占总气体体积的20％以下，C2以上的烯烃含量占总气体体积的1％以下，得到原料气；将原料气通入加氢反应器中；将原料气和水蒸气通入烷烃转化系统中；将原料气通入中变炉中，而后进行冷凝，得到转化气。本申请通过在原料气中加入大量氢气，降低CO和高碳烯烃占总气体的相对比例，能够避免在加氢催化剂的过程中发生析碳现象，保证设备的正常运作。

Description

一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺及系统

技术领域

本发明属于化工气体处理领域，具体涉及一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺及系统。

背景技术

化工废气是指在化工生产中由化工厂排出的有毒有害的气体。化工废气往往含有污染物种类很多，物理和化学性质复杂，毒性也不尽相同，严重污染环境和影响人体健康。不同化工生产行业产生的化工废气成分差别很大。

其中，富甲烷气是指气体中甲烷含量较高的气体，由于甲烷的特性，因此在甲烷处理工艺以回收利用为主，但是，在低氢高碳富甲烷气中含有其他杂质气体，因此无法直接进行燃烧，并且由于含有大量的C2以上的烯烃，因此，在甲烷转化过程中容易产生析碳现象，造成床层压差增大，导致装置无法正常运行，处理上述问题是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，包括按气体流路依次连通的进料管道、加氢反应器、烷烃转化系统和中变炉，所述进料管道包括连通的原料管道和氢气管道，所述原料管道和所述加氢反应器连通。

本申请通过在将加氢管道与原料管道连接，能够在注入原料气的同时进行加氢，提高原料气的氢气含量，同时通过加氢反应器。烷烃转化系统和中变炉，对烷烃和高碳烯烃进行转化，从而得到较为清洁的转化气。

进一步的是，所述烷烃转化系统包括换热式转化炉和氧化炉，所述加氢反应器和所述氧化炉的进口通过所述换热式转化炉的内管连通，所述氧化炉的出口和所述中变炉通过所述换热式转化炉的外管连通。

本申请将经过氧化炉的气体通入换热器外管，由于氧化炉温度较高，通过换热器外管可以对换热器内管的原料气进行加热，节约资源。

进一步的是，包括变压吸附装置，所述变压吸附装置与所述中变炉的出口连接。

本申请通过变压吸附装置回收氢气。

进一步的是，所述中变炉与所述变压吸附装置之间设置有冷凝系统，所述冷凝系统的进气口与所述中变炉的出口连通，所述冷凝系统的排气口与所述变压吸附装置连接。

本申请通过冷凝系统对水蒸气进行回收。

进一步的是，所述冷凝系统包括多个串联的冷凝塔。

本申请可以通过串联多个冷凝塔进行多级冷凝，减少进入到PSA的水蒸气。

本申请还提供了一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺，包括以下步骤：

将氢气加入到原料气当中，直至所述原料气中CO的含量占总气体体积的20％以下，C2以上的烯烃含量占总气体体积的1％以下；

然后将所述原料气通入加氢反应器中，进行加氢催化；

将经过所述加氢反应气的所述原料气和水蒸气通入烷烃转化系统中进行氧化；

将经过所述烷烃转化系统的所述原料气通入中变炉中，而后进行冷凝，得到转化气。

本发明的有益效果是：本申请通过加氢催化，从而将原料气中的高碳烯烃转化为烷烃，在通过烷烃转化系统进行氧化进而使烷烃分解为CO、CO₂、H₂O，通过除去其中的CO进而可以得到较为清洁的转化气进行回收利用，本申请在原料气中加入大量氢气，降低CO和高碳烯烃的占总气体的相对比例，能够避免在加氢催化剂的过程中发生析碳现象，保证设备的正常运作。

进一步的是，所述加氢反应器的温度为160～240℃，压力为1.9MPa。

本申请具体的给出了加氢反应器的反应温度和压力，在该温度压力下，能够使高碳烯烃更好转化为烷烃。

进一步的是，所述中变炉的温度330～380℃，压力为1.8MPa。

本申请具体的给出了中变炉的反应温度和压力，在该温度压力下，能够更好的消耗原料气中的CO。

进一步的是，将所述原料气加入所述烷烃转化系统包括以下步骤：

将所述原料气和所述水蒸气通入到换热式转换器中；

将经过所述换热式转换器的所述原料气和氧气通入氧化炉。

本申请中烷烃转化系统包括换热式转换器和氧化炉，在换热式转换器中，烷烃与水蒸气进行反应，此步骤可以使大多数的烷烃被氧化，而后进入到氧化炉，与氧气进一步的发生氧化反应，使得烷烃被氧化的更加彻底。

进一步的是，所述换热式转换器的温度为500～630℃，压力为1.85MPa；所述氧化炉的温度510～890℃，压力为1.84～1.9MPa。

本申请具体的给出了换热式转换器和氧化炉的温度和压力。

附图说明

图1为本申请实施例中一种低氢高碳富甲烷气的处理利用系统的示意图；

附图标记如下：原料管道11、氢气管道12、加氢反应器2、换热式转化炉31、氧化炉32、中变炉4、变压吸附装置5、冷凝塔6。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或实施例。为简化公开内容，下面描述了各特征存在的一个或多个排列的具体实施例，但所举实施例不作为对本发明的限定,在说明书中随后记载的第一特征与第二特征连接，即可以包括直接联系的实施方式，也可以包括形成附加特征的实施方式，进一步的，也包括采用一个或多个其他介入特征使第一特征和第二特征彼此间接连接或结合，从而第一特征和第二特征可以不直接联系。

一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺的实施例，在本申请中，各实施例中原料气的组成如表1所示：

表1

本申请包括以下步骤：

通过氢气管道12将氢气加入到用于添加原料气的原料管道11中，直至所述原料气中CO的含量占总气体体积的20％以下，C2以上的烯烃含量占总气体体积的1％以下，得到富氢的原料气；

在本实施例中，富氢的原料气的组成如表2所示：

表2

而后，将所述原料气通入加氢反应器2中，进行加氢催化，在该过程中，所述加氢反应器2的温度为160～240℃，压力为1.9MPa，具体的，其入口温度为160℃，压力为1.9MPa,出口温度为240℃，压力为1.9MPa。

在加氢反应器2中，由于加氢反应器2中存在烷烃催化剂，在高温下烯烃和炔烃发生如下反应：

在此过程中，原料气中的大多数烯烃和烷烃都会被催化裂解形成烷烃，而由于本申请在原料气中预先补充过氢气，使得本申请中的氢气量远远大于反应所需，因此会促进碳与氢气反应再次转化为烷烃，从而减少在加氢催化反应中发生的析碳现象。

将经过所述加氢反应气的所述原料气和水蒸气通入烷烃转化系统中进行氧化，由于经过加氢反应器2的原料气后气体中的大多数烯烃都已经转变为烷烃，此时和水蒸气进行高温可以使烷烃被氧化。

在一种具体的实施例中，烷烃转化系统由两部分组成，包括的换热式转化炉31和氧化炉32，其中，换热式转化炉31的温度为500～630℃，压力为1.85MPa，所述氧化炉32的温度510～890℃，压力为1.84～1.9MPa，具体的，所述换热式转换器的入口温度为500℃，压力为1.85MPa，出口温度为630℃，压力为1.85MPa；氧化炉32的入口处氧气和蒸汽混合温度510℃，压力1.9MPa，原料气和蒸汽混合后温度630℃，压力1.85MPa，出口温度890℃，压力1.84MPa。

在上述烷烃转化系统中，原料气发生如下反应：

原料气和水蒸气进入到换热式转化炉31中，其反应式如下：

CH₄+H₂O＝CO+3H₂

CO+H₂O＝CO₂+H₂

经过一段氧化的原料气、水蒸气和氧气再次进入到氧化炉32中，其反应过程如下：

H₂+0.5O₂＝H₂O

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O

CO+0.5O₂＝CO₂

将经过所述烷烃转化系统的所述原料气通入中变炉4中，而后进行冷凝，得到转化气。

由于原料气在经过烷烃转化系统后，其中的烷烃大多数被转化为CO、CO₂、H₂O和H₂，此时，通过中变炉4可以去除其中的CO，而后通过冷凝除水，从而可以得到较为清洁的转化气，在上述中变炉4中，其温度为330～380℃，压力为1.8MPa，具体的，中变炉4入口温度为330℃，压力为1.8MPa，出口温度为380℃，压力为1.8MPa，其中发生的反应如下：

CO+H₂O＝CO₂+H₂

本申请最终制备得到的转化气如表3所示：

表3

通过表3可以看出，经过本申请的工艺流程，能够有效的降低原料气中的高碳烷烃和烯烃，同时能够减少原料气中的CO的含量，本申请通过在原料气中引入大量氢气，能够减少在加氢催化过程中得析碳现象，保证设备正常运作。

本申请以原料气进气量9000Nm³/h，补充氢气4200Nm³/h组分进行生产，得到的结果如表4所示：

表4

通过上表可以得出结论，转化气可产气量约2217Nm³/h，其中氢气15878Nm³/h。按PSA回收率按86％计算可产出氢气量：

(15878-4200)*0.86＝10043Nm³/h，可多产出氢气10043Nm³/h。

基于上述工艺，本申请进一步的提供了一种低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，该系统包括按气体流路依次连接的进料管道、加氢反应器2、烷烃转化系统和中变炉4，上述进料管道包括所述原料管道11和氢气管道12，原料管道11与氢气管道12连通。

上述所述烷烃转化系统包括按气体流路依次连接的换热式转化炉31和氧化炉32，所述换热式转化炉31的内管分别与所述加氢反应器2和所述氧化炉32连接，所述换热式转化炉31的外管分别与所述氧化炉32和所述中变炉4连接。

由于原料气在氧化炉32中反应的温度更高，因此当经过氧化炉32后的气体通入到换热式转化炉31中，从而可以对换热式转化炉31内管的原料气进行加热，节约能源。

本申请还包括变压吸附装置5(PSA)，所述变压吸附装置5与所述中变炉4连接，在一种实施例中，所述中变炉4与所述变压吸附装置5之间设置有冷凝系统，所述冷凝系统的排气口与所述变压吸附装置5连接。具体的，所述冷凝系统包括多个串联的冷凝塔6，在本申请中，所述冷凝塔6包括三个，两端的冷凝塔6分别与中变炉4和PSA 5连接，通过PSA 5可以从冷凝后的气体中回收氢气，从而进行利用。

所应理解的是，本申请所公开的低氢高碳富甲烷气的处理利用系统中，还包含有若干加热装置和换热装置用于对各设备进行加热和换热。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，其特征在于，包括按气体流路依次连通的进料管道、加氢反应器、烷烃转化系统和中变炉，所述进料管道包括连通的原料管道和氢气管道，所述原料管道和所述加氢反应器连通。

2.如权利要求1所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，其特征在于，所述烷烃转化系统包括换热式转化炉和氧化炉，所述加氢反应器和所述氧化炉的进口通过所述换热式转化炉的内管连通，所述氧化炉的出口和所述中变炉通过所述换热式转化炉的外管连通。

3.如权利要求1所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，其特征在于，包括变压吸附装置，所述变压吸附装置与所述中变炉的出口连接。

4.如权利要求3所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，其特征在于，所述中变炉与所述变压吸附装置之间设置有冷凝系统，所述冷凝系统的进气口与所述中变炉的出口连通，所述冷凝系统的排气口与所述变压吸附装置连接。

5.如权利要求4所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，其特征在于，所述冷凝系统包括多个串联的冷凝塔。

6.一种低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺，包括权利要求1～5中任一项所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用系统，其特征在于，包括以下步骤：

将氢气加入到原料气当中，直至所述原料气中CO的含量占总气体体积的20％以下，C2以上的烯烃含量占总气体体积的1％以下；

然后将所述原料气通入所述加氢反应器中，进行加氢催化；

将经过所述加氢催化后的所述原料气和水蒸气通入所述烷烃转化系统中进行氧化；

将经过所述烷烃转化系统的所述原料气通入所述中变炉中，而后进行冷凝，得到转化气。

7.如权利要求6所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺，其特征在于，所述加氢反应器的温度为160～240℃，压力为1.9MPa。

8.如权利要求6所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺，其特征在于，所述中变炉的温度330～380℃，压力为1.8MPa。

9.如权利要求6所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺，其特征在于，将所述原料气加入所述烷烃转化系统包括以下步骤：

将所述原料气和所述水蒸气通入到所述换热式转换器中；

将经过所述换热式转换器的所述原料气和氧气通入所述氧化炉。

10.如权利要求9所述的低氢高碳富甲烷气的处理利用工艺，其特征在于，所述换热式转换器的温度为500～630℃，压力为1.85MPa；所述氧化炉的温度510～890℃，压力为1.84～1.9MPa。

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