CN207362165U - 利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统。该系统包括用于将热解气处理得到富H2气的富H2气体制备单元、用于将电石炉尾气处理得到富CO气的富CO气体制备单元以及用于为富H2气和富CO气反应提供反应场所以制备合成天然气的甲烷化单元；富H2气体制备单元包括依次串联的第一过滤除尘装置、第一压缩装置以及第一脱硫脱碳装置；富CO气体制备单元包括依次串联的第二过滤除尘装置、第二压缩装置以及第二脱硫脱碳装置。本实用新型的系统以H2气含量较高的热解气为主体制备富H2气，以CO气含量较高的电石炉尾气为主体制备富CO气，并作为无循环甲烷化工段的两种原料气用以生产CH4。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统。
背景技术
我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭消费量占一次能源消费量的60％以上。这决定了在相当长的一段时间内，以煤为主的能源结构难以改变。
目前，我国的煤炭利用主要以燃煤为主，带来了雾霾、温室效应、气候变化等问题，因而迫切需要推进煤炭的清洁高效利用。天然气作为一种清洁能源，具有良好的经济性和环保性，在众多的工业和民用领域得到了广泛应用，其消费量逐年大幅增加。但由于我国天然气的储量有限，天然气进口量逐年递增，对外依存度持续走高，严重威胁到我国的能源安全。
如何减少我国天然气的对外依赖程度，是急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的之一在于提供一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统，以改善我国天然气的对外依赖程度高的问题。
为了解决上述技术问题中的至少一个，本实用新型提供了以下技术方案：
一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统，包括用于将热解气处理得到富H2气的富H2气体制备单元、用于将电石炉尾气处理得到富CO气的富CO气体制备单元以及用于为富H2气和富CO气反应提供反应场所以制备合成天然气的甲烷化单元；富H2气体制备单元包括依次串联的第一过滤除尘装置、第一压缩装置以及第一脱硫脱碳装置；富CO气体制备单元包括依次串联的第二过滤除尘装置、第二压缩装置以及第二脱硫脱碳装置。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，富H2气体制备单元还包括用于缓冲热解气的第一气柜，第一气柜连接于第一过滤除尘装置的进气端。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，富CO气体制备单元还包括用于缓冲电石炉尾气的第二气柜，第二气柜连接于第二过滤除尘装置的进气端。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，系统还包括变换装置，变换装置设置于富H2气体制备单元和/或富CO气体制备单元。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，变换装置设置于富H2气体制备单元，变换装置连接于第一压缩装置和第一脱硫脱碳装置之间。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，还包括带阀门的旁路连接管路，旁路连接管路的两端连接于第一压缩装置的出口和第二压缩装置的出口。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，甲烷化单元为可进行无循环甲烷化反应的无循环甲烷化单元。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，甲烷化单元包括沿原料气的流向依次设置且连接的配气甲烷化反应单元和补充甲烷化反应单元。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，配气甲烷化反应单元包括2～4级串联的高温固定床绝热反应器。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，补充甲烷化反应单元包括等温反应器以及串联于高温固定床绝热反应器和等温反应器之间的中低温固定床绝热反应器组；中低温固定床绝热反应器组包括0～2级串联的中低温固定床绝热反应器。
本实用新型还提供了一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的方法，热解气进入第一过滤除尘装置，之后经第一压缩装置增压，然后进入变换装置，通过变换反应将热解气中的CO与水蒸气反应以转化为H2，进入第一脱硫脱碳装置，脱除其中的CO2、H2S及有机硫后，得到富H2气；电石炉尾气进入第一过滤除尘装置，之后经第二压缩装置增压，进入第二脱硫脱碳装置，脱除其中的CO2、H2S及有机硫后，得到富CO气。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，富H2气中H2/CO摩尔比＞3；富CO气中H2/CO摩尔比＜3。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统及方法，以H2气含量较高的热解气为主体制备富H2气，以CO气含量较高的电石炉尾气为主体制备富CO气，并作为无循环甲烷化工段的两种原料气用以生产CH4，将废物回收利用，可以将这些废气合成大量的天然气。
进一步地，充分利用了热解气富H2及电石炉尾气富CO的特性，减小了变换装置的规模，优化了工艺流程，降低了投资和能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实用新型实施例1提供的利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统的示意图；
图2是本实用新型实施例1提供的利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的方法的工艺流程图；
图3是本实用新型实施例1提供的利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统的甲烷化单元的示意图；
图4是本实用新型实施例2提供的利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统的示意图。
图标：100-富H2气体制备单元；110-第一气柜；120-第一过滤除尘装置；130-第一压缩装置；140-第一脱硫脱碳装置；150-变换装置；160-旁路连接管路；200-富CO气体制备单元；210-第二气柜；220-第二过滤除尘装置；230-第二压缩装置；240-第二脱硫脱碳装置；300-甲烷化单元；310-配气甲烷化反应单元；320-高温固定床绝热反应器；321-补充甲烷化反应单元；323-等温反应器；324-中低温固定床绝热反应器。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
近些年来，随着煤气化、煤热解、电石、煤气净化、甲烷化等技术的不断发展，煤炭清洁利用的途径不断增多。本申请的实用新型人发现煤热解产生的热解气中含有大量的H2、CO及CH4，电石生产过程中产生的电石炉尾气中含有高浓度CO及少量H2，气体品质好，然而很多工厂将这些气体作为燃料气回烧，造成了严重的浪费。
如图1所示，本实用新型实施例1提供了一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统，包括用于将热解气处理得到富H2气的富H2气体制备单元100、用于将电石炉尾气处理得到富CO气的富CO气体制备单元200以及用于为富H2气和富CO气反应提供反应场所以制备合成天然气的甲烷化单元300。
利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的方法，主要包括将热解气处理得到富H2气的富H2气，将电石炉尾气处理得到富CO气的富CO气，然后富H2气和富CO气合成制备合成天然气。充分利用现有工厂的热解气及电石炉尾气，用以生产合成天然气产品，不仅可以提高企业的经济效益，而且可以相应减少我国天然气的对外依赖程度。其中热解气可以采用煤热解产生的热解气，含有大量的H2、CO及CH4。电石炉尾气可以采用电石生产过程中产生的电石炉尾气，电石生产过程中产生的电石炉尾气中含有高浓度CO及少量H2。
其中，富H2气体制备单元100包括依次串联的第一过滤除尘装置120、第一压缩装置130、变换装置150以及第一脱硫脱碳装置140。
由于热解气中含有粉尘等颗粒状杂质，不利于后续处理。第一过滤除尘装置120用于去除部分杂质，以满足压缩装置对原料气洁净程度的要求。第一过滤除尘装置120可以采用现有的装置设备，除尘原理也可以采用现有的，例如吸附净化或者其他净化方式。经过第一过滤除尘装置120处理后的气体通过管道输送给第一压缩装置130。第一压缩装置130可以采用压缩机，以增加气体的压力，以便于气体以高压状态进入变换装置150进行处理。气体在变换装置150中主要与水蒸气进反应，其中CO和水蒸气可反应生成H2。进而提高富H2气中H2含量。本实施例中在富H2制备工段设置变换装置150，富CO气制备工段不设，有效减小了变换装置150的规模，降低了投资。
进一步地，将气体输送到第一脱硫脱碳装置140中脱除气体中的CO2、H2S及有机硫。第一脱硫脱碳装置140可以是吸附塔，根据工艺和催化剂的不同，可以是变压吸附塔或者变温吸附塔等。此外，脱硫和脱碳可以分开进行，也可以同时进行，只要能够将其脱除并保留H2即可。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，富H2气体制备单元100还包括用于缓冲热解气的第一气柜110，第一气柜110连接于第一过滤除尘装置120的进气端。第一气柜110用于储存热解气，同时也用于平衡热解气需用量的不均匀性，以便于给后工序持续稳定的供应热解气。
进一步地，在本实用新型的其他实施例中，也可以省略富H2气体制备单元100的变换装置150。或者将变换装置150设置于富CO气体制备单元200。
富CO气体制备单元200包括依次串联的第二过滤除尘装置220、第二压缩装置230以及第二脱硫脱碳装置240。
类似于热解气，电石炉尾气中也含有需要处理的粉尘等颗粒状杂质。第二过滤除尘装置220用于去除部分杂质，以满足压缩装置对原料气洁净程度的要求。第二过滤除尘装置220可以采用现有的装置设备，除尘原理也可以采用现有的，例如吸附净化或者其他净化方式。经过第二过滤除尘装置220处理后的气体通过管道输送给第二压缩装置230。第二压缩装置230可以采用压缩机，以增加气体的压力，以便于气体以高压状态进入第二脱硫脱碳装置240。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，富CO气体制备单元200还包括用于缓冲电石炉尾气的第二气柜210，第二气柜210连接于第二过滤除尘装置220的进气端。
第二气柜210用于储存电石炉尾气，同时也用于平衡电石炉尾气需用量的不均匀性，以便于给后工序持续稳定的供应电石炉尾气。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，甲烷化单元300为可进行无循环甲烷化反应的无循环甲烷化单元300。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，甲烷化单元300包括沿原料气的流向依次设置且连接的配气甲烷化反应单元310和补充甲烷化反应单元321。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，配气甲烷化反应单元310包括2～4级串联的高温固定床绝热反应器320。高温固定床绝热反应器320的数量可根据原料气体组成的不同，设置高温固定床绝热反应器320的级数。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，补充甲烷化反应单元321包括等温反应器323以及串联于高温固定床绝热反应器320和等温反应器323之间的中低温固定床绝热反应器324组；中低温固定床绝热反应器324组包括0～2级串联的中低温固定床绝热反应器324。也就是说，中低温固定床绝热反应器324可以省略，中低温固定床绝热反应器324的数量可根据原料气体组成的不同，设置中低温固定床绝热反应器324的级数。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，上述系统还包括带阀门的旁路连接管路160，旁路连接管路160的两端连接于第一压缩装置130的出口和第二压缩装置230的出口。
富H2气制备及富CO气制备工段的压缩装置之后，设有旁路连接管路160，可根据具体工况的不同，调整富CO气制备单元的部分电石炉尾气并入富H2气制备单元，或调整富H2气制备单元的部分热解气并入富CO气制备单元，以调节富H2气制备单元及富CO气制备单元输出的流量和组成，使富H2气及富CO气能更好的满足无循环甲烷化工段对原料气的要求。
本实用新型还提供了一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的方法，热解气进入第一过滤除尘装置120，之后经第一压缩装置130增压，然后进入变换装置150，通过变换反应将热解气中的CO与水蒸气反应以转化为H2，进入第一脱硫脱碳装置140，脱除其中的CO2、H2S及有机硫后，得到富H2气；电石炉尾气进入第二过滤除尘装置220，之后经第二压缩装置230增压，进入第二脱硫脱碳装置240，脱除其中的CO2、H2S及有机硫后，得到富CO气。
进一步地，在本实用新型的可选实施例中，富H2气中H2/CO摩尔比＞3。进一步地，其中的CO含量，应保证富H2气的甲烷化反应平衡温度≤650℃。富CO气中H2/CO摩尔比＜3。
实施例1，
参照图1至图3所示，一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统，包括用于将热解气处理得到富H2气的富H2气体制备单元100、用于将电石炉尾气处理得到富CO气的富CO气体制备单元200以及用于为富H2气和富CO气反应提供反应场所以制备合成天然气的无循环甲烷化单元300。其中富H2气体制备单元100包括依次串联的第一气柜110、第一过滤除尘装置120、第一压缩装置130、变换装置150以及第一脱硫脱碳装置140。富CO气体制备单元200包括依次串联的第二气柜210、第二过滤除尘装置220、第二压缩装置230以及第二脱硫脱碳装置240。
富H2气体制备单元100和富CO气体制备单元200之间设置有带阀门的旁路连接管路160，旁路连接管路160的两端连接于第一压缩装置130的出口和第二压缩装置230的出口。甲烷化单元300包括沿原料气的流向依次设置且连接的配气甲烷化反应单元310和补充甲烷化反应单元321。配气甲烷化反应单元310包括4级串联的高温固定床绝热反应器320。补充甲烷化反应单元321包括等温反应器323以及串联于高温固定床绝热反应器320和等温反应器323之间的中低温固定床绝热反应器324组。中低温固定床绝热反应器324组包括2级串联的中低温固定床绝热反应器324。
本实施例还提供了一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的方法，包括同步进行的制备富H2气的步骤和制备富CO气的步骤。
其中，制备富H2气的步骤：热解气(压力2～5kpa)进入第一过滤除尘装置120，将热解气中的萘脱除至10mg/Nm3以下、焦油脱除至10mg/Nm3以下，之后经第一压缩装置130增压至3.0MPaG以上，进入变换装置150，通过变换反应将气体中的部分CO与水蒸气反应以转化为H2，变换装置150的出口气体进入第一脱硫脱碳装置140，脱除其中大部分的CO2、H2S及有机硫等，并将气体中的总硫含量(H2S及有机硫总和)控制在0.1ppm(V)以下，制得富H2气。
制备富CO气的步骤：电石炉尾气(压力2～5kpa)进入第二过滤除尘装置220，将电石炉尾气中的萘脱除至10mg/Nm3以下、焦油脱除至10mg/Nm3以下，之后经第二压缩装置230增压至3.0MPaG以上，根据工艺需要，增压后的电石炉尾气可分成两部分，一部分经旁路连接管路160与经过热解气压缩装置130增压后的热解气混合，共同进入变换装置150，另一部分进入第二脱硫脱碳装置240，脱除其中大部分的CO2、H2S及有机硫等，并将气体中的总硫含量(H2S及有机硫总和)控制在0.1ppm(V)以下，制得富CO气。
所制得的富H2气中H2/CO摩尔比＞3，所制得的富CO气中H2/CO摩尔比＜3。通过调节进入变换装置150的电石炉尾气的量及变换装置150中CO的变换深度，以使富H2气与和富CO气中的总H2/CO摩尔比控制在2.95～3.05之间。
富H2气与富CO气作为无循环甲烷化装置300的两股原料气，进入无循环甲烷化装置300，通过甲烷化反应制取合成天然气(SNG)产品，所制取的合成天然气(SNG)产品的高热值可大于36MJ/Nm3，合成天然气(SNG)产品中的CH4体积含量可大于94％，CO体积含量可小于0.01％，H2气体积含量可小于4％。
实施例2
本实用新型实施例所提供的利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例1中相应内容。
通过上述设计得到的利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统已基本能满足合成天然气的使用，但本着进一步完善其功能的宗旨，设计者对该利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统进行了进一步的改良。
参照图2所示，相比于实施例1省略了富H2气体制备单元100的变换装置150，富H2气体制备单元100得到的富H2气中H2气含量没有实施例1的系统输出的富H2气含量高。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用电石炉尾气及热解气生产合成天然气的系统，其特征在于，包括用于将热解气处理得到富H2气的富H2气体制备单元、用于将电石炉尾气处理得到富CO气的富CO气体制备单元以及用于为所述富H2气和所述富CO气反应提供反应场所以制备合成天然气的甲烷化单元；所述富H2气体制备单元包括依次串联的第一过滤除尘装置、第一压缩装置以及第一脱硫脱碳装置；所述富CO气体制备单元包括依次串联的第二过滤除尘装置、第二压缩装置以及第二脱硫脱碳装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述富H2气体制备单元还包括用于缓冲所述热解气的第一气柜，所述第一气柜连接于所述第一过滤除尘装置的进气端。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述富CO气体制备单元还包括用于缓冲所述电石炉尾气的第二气柜，所述第二气柜连接于所述第二过滤除尘装置的进气端。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括变换装置，所述变换装置设置于富H2气体制备单元和/或所述富CO气体制备单元。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述变换装置设置于富H2气体制备单元，所述变换装置连接于第一压缩装置和第一脱硫脱碳装置之间。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括带阀门的旁路连接管路，所述旁路连接管路的两端连接于所述第一压缩装置的出口和所述第二压缩装置的出口。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述甲烷化单元为可进行无循环甲烷化反应的无循环甲烷化单元。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述甲烷化单元包括沿原料气的流向依次设置且连接的配气甲烷化反应单元和补充甲烷化反应单元。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，配气甲烷化反应单元包括2～4级串联的高温固定床绝热反应器。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，补充甲烷化反应单元包括等温反应器以及串联于高温固定床绝热反应器和等温反应器之间的中低温固定床绝热反应器组；中低温固定床绝热反应器组包括0～2级串联的中低温固定床绝热反应器。
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