CN206109338U - 带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置，包括位于上部的焦炉煤气甲烷化段（1）、位于中部的氢气膜分离段（2）和位于下部的煤加氢甲烷化段（3）；所述焦炉煤气甲烷化段（1）顶部设置有焦炉煤气进气口（4），焦炉煤气进气口（4）与第一气体分布板（5）连接，所述第一气体分布板（5）由圆锥形气体分布装置（6）和气体混合装置（7）构成；其中，圆锥形气体分布装置（6）下端是由若干伞状结构的复合金属条构成，气体混合装置（7）的上端通过法兰连通有焦炉煤气进气口（4），第一气体分布板（5）下端为焦炉煤气催化反应床层（8）。本实用新型是将焦炉煤气甲烷化、富氢尾气与煤反应制甲烷集于一体，形成一种焦炉煤气甲烷化、富氢尾气充分利用的制天然气装置。

Description

带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置

技术领域

本实用新型属于化工技术领域，具体为一种带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置。

背景技术

中国作为世界上最大的焦炭生产国，2015年焦炭总产量达到44778万吨，按照1吨干煤产0.74吨焦炭和325立方米焦炉煤气计算，每年可生产焦炉煤气2.0×10¹¹立方米。目前阶段，每年有大约70%的焦炉煤气是用于焦炉燃烧、热电厂发电和城市燃气等。焦炉煤气中大约含有55%~60%氢气和23%~27%的甲烷，直接用于燃烧将造成资源的极大浪费，同时燃烧排放还会造成大气的污染。近年来，焦炉煤气制天然气备受关注，该技术能量利用效率高，工艺流程简单，市场前景看好，正逐渐成为焦炉煤气综合利用的具有较强竞争力的新领域之一。关于焦炉煤气甲烷化反应装置主要有等温式和绝热式两种， 等温反应装置所需换热面积大，投资成本较高；目前应用较为广泛的是绝热式反应装置，但是绝热式反应装置存在能耗高、反应器使用效率低的问题。

专利CN 205398571 U提供了一种焦炉煤气甲烷化装置，该反应装置由上段的等温段反应器和位于下段的绝热段反应器构成，该反应装置等温段由列管构成，但是列管填装催化剂困难，并且甲烷化过程中产生较多的富氢尾气。

专利CN 103697661 A提供了从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置及方法，装置包括混合冷剂压缩机制冷系统、预冷系统、液化冷箱系统，该系统在制备液化天然气过程中耗能较多。

公开号为 CN101712897A 和 CN101100622A 的发明专利，针对焦炉气碳源不足、H₂得不到有效利用的缺点开发了焦炉煤气制天然气工艺，主要是通过补入外界烟气、尿素合成剩余的二氧化碳、高炉煤气或转炉煤气中的一氧化碳等方法以达到充分利用焦炉气中氢资源的目的。

发明内容

本实用新型针对目前焦炉煤气甲烷化过程中富氢尾气产量大、设备投资大等问题，提供了一种焦炉煤气甲烷化、富氢尾气与煤反应制甲烷的一体化装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置，包括位于上部焦炉煤气甲烷化段、位于中部氢气膜分离段和位于下部的煤加氢甲烷化段。

所述焦炉煤气甲烷化段顶部设置有焦炉煤气进气口，焦炉煤气进气口与第一气体分布板连接，第一气体分布板由圆锥形气体分布装置和气体混合装置构成；其中，圆锥形气体分布装置下端是由若干伞状结构的复合金属条构成，气体混合装置的上端通过法兰连通有焦炉煤气进气口，第一气体分布板下端为焦炉煤气催化反应床层。

所述氢气膜分离段由第一富甲烷气排放口和膜组件构成，膜组件包括合金膜和氢气通道，合金膜固定在焦炉煤气甲烷化段下方，氢气通道沿煤加氢甲烷化段内壁向下延伸，直至与位于煤加氢甲烷化段下方的氢气导管连接，所述氢气导管联通第二气体混合室。

所述煤加氢甲烷化段设置有富氢煤气入口，富氢煤气入口与第二气体混合室连接，第二气体混合室上端设有第二气体分布板，第二气体分布板由上下两层多孔金属平板构成，第二气体分布板上端为煤加氢反应床层，煤加氢反应床层末端设置有第二富甲烷气排放口。

所述焦炉煤气甲烷化段和氢气膜分离段外周设置保温层；所述煤加氢甲烷化段外周上部设置投料口、下部设置灰仓。

进一步地，所述圆锥型气体分布装置与反应器（焦炉煤气甲烷化段）的直径比为0.4~0.7，并位于反应器内上端面以下的320~370mm处；气体分布装置的复合金属条与水平面的夹角为130°~180°，层数为3~9层。

进一步地，所述第二气体分布板上层多孔金属平板的孔直径为0.01mm~0.02mm，而下层多孔金属平板的孔直径为0.03~0.07mm。

应用于上述装置的焦炉煤气甲烷化方法，包括以下步骤：

（1）、焦炉煤气甲烷化段升温：通过焦炉煤气进气口吹入氮气，吹风时间3~4h，催化剂床层温度至265~290℃，氮气经催化反应床层8进入氢气膜分离段经第一富甲烷气排放口排出；

（2）、煤加氢甲烷化段升温：通过富氢煤气入口吹入空气，吹风时间为20~30min，煤加氢甲烷化段温度升至650~690℃，燃烧后的吹风气经第二富甲烷气排放口排出；

（3）、煤加氢甲烷化段吹扫：通过富氢煤气入口吹入氮气对煤加氢甲烷化段吹扫，吹扫时间10~15s，将残余的吹风气经第二富甲烷气排放口排出；

（4）、焦炉煤气甲烷化：焦炉煤气与水蒸气混合后从焦炉煤气进气口进入，经第一气体分布板进入催化反应床层，与催化剂接触生成富甲烷气a；富甲烷气a从催化反应床层进入氢气膜分离段，氢气沿氢气通道进入第二气体混合室，富甲烷气b从第一富甲烷气排放口排出反应器；富氢煤气从富氢煤气入口进入第二气体混合室与氢气膜分离段的氢气混合，经第二气体分布板进入煤加氢反应床层进行煤加氢反应，反应产生气经第二富甲烷气排放口排出；第一富甲烷排放口与第二富甲烷气排放口排出的富甲烷气混合得到富含甲烷的气体，再经过冷却、干燥、分离得到天然气。

进一步地，步骤（4）中，焦炉煤气与水蒸气混合，焦炉煤气与水蒸气体积比为0.40~0.51:1。

进一步地，步骤（4）中，煤加氢反应段填装的为褐煤或者烟煤。

进一步地，步骤（4）中，催化反应床层的反应压力为1.52~1.70MPa。

进一步地，步骤（4）中，煤加氢甲烷化段的反应压力为2.1~2.7MPa。

进一步地，步骤（4）中，富氢煤气的氢气体积含量为68%~87%。

进一步地，步骤（4）中，焦炉煤气加氢段排灰时间为6~7h。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、将焦炉煤气甲烷化、富氢尾气与煤反应制甲烷结合在一个反应装置中用来制取天然气，结构简单可行，并且甲烷产量高。

2、富氢尾气来自原焦炉煤气制天然气生产过程中的尾气，实现了对富氢尾气的充分利用。

3、富氢煤气入口吹入空气，可以实现对反应床层的升温，同时可以将床层填充物的挥发分带出反应器，提高后续反应甲烷的产量。

4、反应器中设置膜分离装置，及时分离出焦炉煤气甲烷化段未反应的氢气，分离出的氢气进入煤加氢甲烷化段进一步转化。

本实用新型设计合理，带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置包括焦炉煤气甲烷化段、氢气膜分离段和煤加氢甲烷化段，通过将焦炉煤气甲烷化段未反应的氢气分离出与富氢煤气混合进行煤加氢制甲烷，提高了甲烷的产量，实现了富氢煤气的综合利用，产生了很大的经济效益和社会效益，适合工业化大生产。

附图说明

图1表示带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置示意图。

图中：1-焦炉煤气甲烷化段，2-氢气膜分离段，3-煤加氢甲烷化段，4-焦炉煤气进气口，5-第一气体分布板，6-圆锥形气体分布装置，7-气体混合装置，8-焦炉煤气催化反应床层，9-第一富甲烷气排放口，10-膜组件，11-合金膜，12-氢气通道，13-氢气导管，14-富氢煤气入口，15-第二气体混合室，16-第二气体分布板，17-煤加氢反应床层，18-第二富甲烷气排放口，19-富甲烷混合气排放口，20-灰仓，21-投料口，22-保温层。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本实用新型，但不局限于以下实施例。

一种焦炉煤气甲烷化装置，包括上部的焦炉煤气甲烷化段1、中部的氢气膜分离段2和下部的煤加氢甲烷化段3。

如图1所示，所述上部的焦炉煤气甲烷化段1顶部设置有焦炉煤气进气口4，焦炉煤气进气口4与第一气体分布板5连接，第一气体分布板5由圆锥形气体分布装置6和气体混合装置7构成；所述圆锥型气体分布装置6与反应器的直径比为0.4~0.7，并位于反应器内上端面320~370mm处；所述圆锥形气体分布装置6下端是由若干伞状结构的复合金属条构成，复合金属条与水平面的夹角为130°~180°，层数为3~9层，气体混合装置7上端通过法兰连通有焦炉煤气进气口4，第一气体分布板5下端为焦炉煤气催化反应床层8。

如图1所示，所述中部的氢气膜分离段2，膜分离段设置第一富甲烷气排放口9和膜组件10，膜组件10包括合金膜11和氢气通道12，合金膜11固定在焦炉煤气甲烷化段1下部，膜组件与反应器内壁接触处设置有氢气导管13，氢气导管13沿反应器内壁向下通往第二气体混合室15。

如图1所示，所述下部的煤加氢甲烷化段3设置有富氢煤气入口14，富氢煤气入口14与第二气体混合室15连接，第二气体混合室15上端设有第二气体分布板16，第二气体分布板16由上下两层多孔金属平板构成，上层多孔金属平板的孔直径为0.01mm~0.02mm，而下层多孔金属平板的孔直径为0.03~0.07mm，第二气体分布板16上端为煤加氢反应床层17，煤加氢反应床层17末端设置有第二富甲烷气排放口18。

如图1所示，第一富甲烷气排放口9和第二富甲烷气排放口18并接后连接富甲烷混合气排放口19

如图1所示，所述焦炉煤气甲烷化段1和氢气膜分离段2外周设置保温层22；所述煤加氢甲烷化段3外周上部设置投料口21、下部设置灰仓20。

本实用新型是将焦炉煤气甲烷化、富氢尾气与煤反应制甲烷集于一体，形成一种焦炉煤气甲烷化、富氢尾气充分利用的制天然气装置。

按照上述甲烷化装置的焦炉煤气甲烷化方法，包括以下步骤：

（1）、焦炉煤气甲烷化段升温：通过焦炉煤气进气口4吹入氮气，吹风时间3~4h，催化反应床层8温度至265~290℃，氮气经催化剂床层进入氢气膜分离段2经第一富甲烷气排放口9排出；

（2）、煤加氢甲烷化段升温：通过富氢煤气入口14吹入空气，吹风时间为20~30min，煤加氢甲烷化段3温度升至650~690℃，燃烧后的吹风气经第二富甲烷气排放口18排出；

（3）、煤加氢甲烷化段吹扫：通过富氢煤气入口14吹入氮气对煤加氢甲烷化段吹扫，吹扫时间10~15s，将残余的吹风气经第二富甲烷气排放口18排出；

（4）、焦炉煤气甲烷化：焦炉煤气与水蒸气按体积比为0.40~0.51混合后从焦炉煤气进气口4进入，经第一气体分布板5进入催化反应床层8，催化反应床层为1.52~1.70MPa，与催化剂接触生成富甲烷气a；富甲烷气a从催化反应床层8进入氢气膜分离段2，氢气沿氢气通道12进入第二气体混合室15，富甲烷气b从第一富甲烷气排放口9排出反应器；氢气体积含量为68%~87%的富氢煤气从富氢煤气入口14进入第二气体混合室15与氢气膜分离段的氢气混合，经第二气体分布板16进入煤加氢反应床层17进行煤加氢反应，反应压力为2.1~2.7MPa，反应产生气经第二富甲烷气排放口18排出；第一富甲烷排放口与第二富甲烷气排放口排出的富甲烷气混合得到富含甲烷的气体，再经过冷却、干燥、分离得到天然气。

煤加氢反应段填装的为褐煤或者烟煤。

焦炉煤气加氢段排灰时间为6~7h。

按照上述反应工艺提供一组具体的实施例，反应过程工艺参数如下表1所示，

实验结果如表2所示：

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本实用新型的权利要求保护范围中。

Claims (3)

1.一种带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置，包括位于上部的焦炉煤气甲烷化段（1）、位于中部的氢气膜分离段（2）和位于下部的煤加氢甲烷化段（3）；

其特征在于：所述焦炉煤气甲烷化段（1）顶部设置有焦炉煤气进气口（4），焦炉煤气进气口（4）与第一气体分布板（5）连接，所述第一气体分布板（5）由圆锥形气体分布装置（6）和气体混合装置（7）构成；其中，圆锥形气体分布装置（6）下端是由若干伞状结构的复合金属条构成，气体混合装置（7）的上端通过法兰连通有焦炉煤气进气口（4），第一气体分布板（5）下端为焦炉煤气催化反应床层（8）；

所述氢气膜分离段（2）设置有第一富甲烷气排放口（9）和膜组件（10），所述膜组件（10）包括合金膜（11）和氢气通道（12），所述合金膜（11）固定在焦炉煤气甲烷化段（1）下方，所述氢气通道（12）沿煤加氢甲烷化段内壁向下延伸，直至与位于煤加氢甲烷化段下方的氢气导管（13）连接，所述氢气导管（13）联通第二气体混合室（15）；

所述煤加氢甲烷化段（3）设置有富氢煤气入口（14），所述富氢煤气入口（14）与第二气体混合室（15）连接，所述第二气体混合室（15）上端设有第二气体分布板（16），所述第二气体分布板（16）由上下两层多孔金属平板构成，所述第二气体分布板（16）上端为煤加氢反应床层（17），所述煤加氢反应床层（17）末端设置有第二富甲烷气排放口（18）。

2.根据权利要求1所述的带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置，其特征在于：所述圆锥型气体分布装置（6）与焦炉煤气甲烷化段的直径比为0.4~0.7，并位于焦炉煤气甲烷化段内上端面以下的320~370mm处；所述圆锥型气体分布装置（6）的复合金属条与水平面的夹角为130°~180°，层数为3~9层。

3.根据权利要求1所述的带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置，其特征在于：所述第二气体分布板（16）上层多孔金属平板的孔直径为0.01mm~0.02mm，而下层多孔金属平板的孔直径为0.03~0.07mm。