CN210974471U - 一种利用co2增产co的轻质烃转化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种以CO2为碳源，促进和增产轻质烃转化气中CO含量的转化系统。该系统包括两个单元：轻质烃转化单元和CO2逆变单元；其中所述轻质烃转化单元主要包括：转化预热装置、转化炉、冷却装置和CO分离装置；所述CO2逆变单元主要包括：逆变预热装置；水煤气逆变换装置；冷却装置和脱碳装置。本实用新型的转化系统针对碳酸酯类产品，现有技术中经轻质烃转化制备的合成气存在CO不足，H2过剩，化学品生产效率低的缺点，采用外供CO2作为补充碳源，通过增加水煤气逆变换装置，循环利用CO2，实现CO稳定增产目的。整个系统前后两个单元相互独立，易于操作调控，且绿色环保，经济效益显著。
Description
技术领域
本实用新型涉及合成气制备技术领域，尤其涉及一种以CO2为碳源，促进和增产轻质烃转化气中CO含量的转化系统。
背景技术
合成气是重要的有机合成原料之一。随原料和生产工艺的不同，合成气中H2与CO的比值(氢碳比)由1/2到3/1不等。其中，天然气水蒸气转化法得到氢碳比为3/1的合成气，被广泛用于生产合成氨和制氢；而甲烷部分氧化法和煤制气生产的合成气氢碳比为2/1，可直接生产甲醇、乙二醇、FT合成等。但是，对于主要利用CO进行下游合成的产品(例如：碳酸酯类)，传统的合成气生产工艺存在氢气过剩、CO严重不足的问题。
同时，对于一些煤和石化的传统转化过程，伴随生成大量CH4、H2和CO2(如：炼厂气、油田伴生气、焦炉气、干馏煤气)，这些气体随驰放气一起排放，大大降低了原料的利用率。
实用新型内容
本实用新型提供一种以CO2为补充碳源，通过水煤气逆变换技术大幅提高合成气中CO含量，实现CO绿色增产的轻质烃转化系统。该系统能够尽可能提高对下游化学品有合成价值的CO的含量，提高轻质烃向目标产品的有效转化率，充分利用CO2，增加经济效益。
本实用新型的技术方案如下：
一种利用CO2增产CO的轻质烃转化系统，依次包括两个单元：轻质烃转化单元和CO2逆变单元；
所述轻质烃转化单元主要包括：转化预热装置，用于对引入的轻质烃和水蒸气进行预热处理；转化炉，用于将来自所述转化预热装置的轻质烃和水蒸气转化为H2、CO和水；冷却装置，用于将来自所述转化炉的产物冷却回收热量并将产物中的水蒸气以冷凝水的方式排出；CO分离装置，用于分离出来自所述冷却装置的气体产物中的CO；
所述CO2逆变单元主要包括：逆变预热装置，用于将来自所述轻质烃转化单元分离CO后的气体和CO2进行混合并预热处理；水煤气逆变换装置，用于将来自所述逆变预热装置的混合气体进行水煤气逆变换处理；冷却装置，用于将来自所述水煤气逆变换装置的产物冷却回收热量并将产物中的水蒸气以冷凝水的方式排出；脱碳装置，用于脱除经过所述冷却装置的气体产物中的CO2。
优选地，所述CO2逆变单元进一步包括气体回收装置，用于将所述脱碳装置排出的CO2与新鲜CO2原料混合一起导入所述逆变预热装置。
优选地，所述气体回收装置可以为循环压缩机。
有益效果
本实用新型的转化系统针对碳酸酯类产品，现有技术中经轻质烃转化制备的合成气存在CO不足，H2过剩，化学品生产效率低的缺点，采用外供CO2作为补充碳源，通过增加水煤气逆变换装置，循环利用CO2，实现CO稳定增产目的。整个系统前后两个单元相互独立，易于操作调控，且绿色环保，经济效益显著。同时该系统为CO2集中捕集和高效利用也提供了一个全新的技术路线。
附图说明
图1为利用CO2增产CO的绿色轻质烃转化系统的工艺流程图。
附图标记
1-轻质烃转化单元，2-CO2逆变单元；11-转化预热装置，12-转化炉，13-冷却装置，14-CO分离装置，21-逆变预热装置，22-水煤气逆变换装置，23-冷却装置，24-脱碳装置，25-气体回收装置。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细的描述，但不作为本实用新型的限定。
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本实用新型的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本实用新型的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
根据本实用新型的一个实施例提供了一种利用CO2增产CO的轻质烃转化系统，依次包括两个单元：轻质烃转化单元1和CO2逆变单元2；
所述轻质烃转化单元1主要包括：转化预热装置11，用于对引入的轻质烃和水蒸气进行预热处理；转化炉12，用于将来自所述转化预热装置11的轻质烃和水蒸气转化为H2、CO和水；冷却装置13，用于将来自所述转化炉12的产物冷却回收热量并将产物中的水蒸气以冷凝水的方式排出；CO分离装置14，用于分离出来自所述冷却装置13的气体产物中的CO；
所述CO2逆变单元2主要包括：逆变预热装置21，用于将来自所述轻质烃转化单元分离CO后的气体和CO2进行混合并预热处理；水煤气逆变换装置22，用于将来自所述逆变预热装置21的混合气体进行水煤气逆变换处理；冷却装置23，用于将来自所述水煤气逆变换装置22的产物冷却回收热量并将产物中的水蒸气以冷凝水的方式排出；脱碳装置24，用于脱除经过所述冷却装置23的气体产物中的CO2。
优选地，所述CO2逆变单元2进一步包括气体回收装置25，用于将所述脱碳装置24排出的CO2与新鲜CO2原料混合一起导入所述逆变预热装置21。
优选地，所述气体回收装置25可以为循环压缩机。
下面参考图1具体说明根据本实用新型的转化系统的具体运行方式。
1)首先将轻质烃和水蒸气引入所述轻质烃转化单元1的所述转化预热装置11中，对引入的轻质烃和水蒸气进行预热处理，预热温度为500-700℃；
2)将在所述转化预热装置11中达到预热温度的轻质烃和水蒸气转送至所述转化炉12，在所述转化炉12中轻质烃和水蒸气进行反应，产物为湿式转化气，其主要成分为H2、CO、CO2和未反应的水蒸气，所述转化炉12的温度设置为800-1100℃，压力为0.5-8MPa；
3)将所述转化炉12反应完成后的产物为湿式转化气导入所述冷却装置13进行冷却，将温度降至水的沸点以下，以便产物中的水蒸气凝结为冷凝水排出，得到的产物为水蒸气体积含量小于20％的干式转化气；
4)将步骤3)中得到的干式转化气转送至所述CO分离装置14，分离出其中的CO。
5)将步骤4)中分离岀了CO之后的气体(主要成分为H2、CO2以及少量的水蒸气和CO)和外供新鲜的CO2输送进入所述CO2逆变单元的逆变预热装置21进行混合并预热升温，温度设置为300至500℃，得到逆变原料气；
6)将步骤5)中得到的逆变原料气输送至在所述水煤气逆变换装置22中，使H2和CO2反应生成CO，所述水煤气逆变换装置22反应温度设置为300至600℃，所述水煤气逆变换装置可以为绝热固定床反应器或列管式固定床反应器等。
7)将步骤6)中经过所述水煤气逆变换装置22处理的产物气体导入所述冷却装置23中，将温度降至水的沸点以下，以便产物中的水蒸气凝结为冷凝水排出，得到的产物主要成分是CO、CO2和少量的水蒸气；
8)步骤7)中得到的气体产物送入脱碳装置24中，分离出其中的CO2，然后导出最终产品CO气体，分离回收的CO2经气体回收装置25(循环压缩机)返回逆变预热装置21作为CO2原料气继续反应。
优选地，所述步骤1)中，所述轻质烃包括但不限于天然气、炼厂气、油田伴生气、焦炉气及干馏煤气等。
优选地，所述步骤2)中，所述转化炉12可以是蒸汽转化炉、自热式转化炉，或两者的组合。
优选地，所述步骤4)中，所述CO分离装置14可以采用常规的CO分离通用装置，包括但不限于变压吸附分离装置、深冷分离分离装置、溶液吸收分离装置以及膜分离装置。
优选地，所述步骤7)中，脱碳装置24可通过低温甲醇洗、热钾碱法等液相吸收法对CO2进行脱除回收，也可通过变压吸附等固相介质吸附法脱除回收CO2。
根据本实用新型的所述轻质烃转化系统的总体化学反应方程式为：
CH4+3CO2＝4CO+2H2O
实施例1
1)首先将10000Nm3/h CH4和过量的水蒸气(水气摩尔比3.5/1)引入所述轻质烃转化单元1的所述转化预热装置11中，对引入的轻质烃和水蒸气进行预热处理，预热温度为500-700℃；
2)将在所述转化预热装置11中达到预热温度的轻质烃和水蒸气转送至所述转化炉12，在所述转化炉12中轻质烃和水蒸气进行反应，产物为湿式转化气，其主要成分为H2、CO、CO2，及未反应的水蒸气和CH4，其中CO约为5350Nm3/h，CO2 3650Nm3/h，氢碳比大于4，所述转化炉12的温度设置为800-1100℃，压力为0.5-8MPa；
3)将所述转化炉12反应完成后的产物为湿式转化气导入所述冷却装置13进行冷却，将温度降至水的沸点以下，以便产物中的水蒸气凝结为冷凝水排出，得到的产物为水蒸气体积含量小于20％的干式转化气；
4)将步骤3)中得到的干式转化气转送至所述CO分离装置14，分离出其中的CO，得到大于5000Nm3/h的CO。
5)将步骤4)中分离岀了CO之后的气体(主要成分为H2、CO2以及少量的水蒸气和CO)和外供新鲜的CO2输送进入所述CO2逆变单元的逆变预热装置21进行混合并预热升温，温度设置为300至500℃，得到逆变原料气；
6)将步骤5)中得到的逆变原料气输送至在所述水煤气逆变换装置22中，使H2和CO2反应生成CO，所述水煤气逆变换装置22反应温度设置为300至600℃，所述水煤气逆变换装置为绝热固定床反应器
7)将步骤6)中经过所述水煤气逆变换装置22处理的产物气体导入所述冷却装置23中，将温度降至水的沸点以下，以便产物中的水蒸气凝结为冷凝水排出，得到的产物主要成分是CO、CO2和少量的水蒸气；
8)步骤7)中得到的气体产物送入脱碳装置24中，分离出其中的CO2，然后导出最终产品CO气体，得到CO约24000Nm3/h，分离回收的CO2经气体回收装置25(循环压缩机)返回逆变预热装置21作为CO2原料气继续反应。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种利用CO2增产CO的轻质烃转化系统，依次包括两个单元：轻质烃转化单元和CO2逆变单元，
所述轻质烃转化单元按照连接顺序包括：转化预热装置，用于对引入的轻质烃和水蒸气进行预热处理；转化炉，通过管线与所述转化预热装置连接，接收来自所述转化预热装置排出的经过预热处理的轻质烃和水蒸气，用于将来自所述转化预热装置的轻质烃和水蒸气转化为H2、CO和水；冷却装置，通过管线与所述转化炉连接，接收来自所述转化炉排出的产物，用于将来自所述转化炉的产物冷却回收热量并将产物中的水蒸气以冷凝水的方式排出；CO分离装置，通过管线与所述冷却装置连接，接收来自所述冷却装置排出的气体产物，用于分离出来自所述冷却装置的气体产物中的CO；
所述CO2逆变单元按照连接顺序包括：逆变预热装置，通过管线与所述轻质烃转化单元中的所述CO分离装置连接，接收来自所述CO分离装置的分离出CO后的气体CO，用于将分离出CO后的气体和CO2进行混合并预热处理；水煤气逆变换装置，通过管线与所述逆变预热装置连接，接收来自所述逆变预热装置排出的混合气体，用于将来自所述逆变预热装置的混合气体进行水煤气逆变换处理；冷却装置，通过管线与所述水煤气逆变换装置连接，接收来自所述水煤气逆变换装置排出的产物，用于将来自所述水煤气逆变换装置的产物冷却回收热量并将产物中的水蒸气以冷凝水的方式排出；脱碳装置，通过管线与所述冷却装置连接，接收来自所述冷却装置排出的气体产物，用于脱除经过所述冷却装置的气体产物中的CO2。
2.根据权利要求1所述的利用CO2增产CO的轻质烃转化系统，其特征在于，所述CO2逆变单元进一步包括气体回收装置，所述气体回收装置一端通过管线与所述脱碳装置连接，接收所述脱碳装置排出的CO2，另一端通过管线与所述逆变预热装置连接，用于将所述脱碳装置排出的CO2与新鲜CO2原料混合一起导入所述逆变预热装置。
3.根据权利要求2所述的利用CO2增产CO的轻质烃转化系统，其特征在于，所述气体回收装置为循环压缩机。
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