CN219559567U - 一种合成气甲烷化生产甲烷的系统 - Google Patents
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Abstract
一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其属于煤化工生产工艺技术领域。该系统中经合成气预热器连接至入塔气换热器后分为三支，第一分支进入一级甲烷化反应器，其后经过第一废热锅炉返回入塔气换热器；第二分支并入入塔气出口管后连接二级甲烷化反应器，经过第二废热锅炉后，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器；第三分支并入第二废热支路后连接三级甲烷化反应器，经过第三废热锅炉、合成气预热器、进四级等温甲烷化反应器。四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，经过第四废热锅炉、循环水冷却器、气液分离器，送往后续分离或者液化。该系统简单、设备运行费用和投资成本低、运行可靠性高、热能回收效果好。
Description
技术领域
本实用新型工艺涉及一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其属于煤化工生产工艺技术领域。
背景技术
我国能源结构目前的现状为富煤、贫油、少气，随着环境的要求的提高及城镇化发展，对天然气的需求量越来越大，每年进口大量的液化天然气和管道天然气。合成气（煤制气、焦炉煤气、兰炭出口气）生产甲烷为煤炭企业提供新的契机。
甲烷化反应是一个强放热反应，研究表明，每转化1%的CO的绝热温升约70℃，每转化1%的CO2的绝热温升约60℃。甲烷化反应放热量大，反应温度高的特点，对设备及管道的材料要求很高，甲烷化工艺中对反应平衡和反应温度的控制，以及对于大量的高温反应热的回收极其重要。
针对目前甲烷化反应床层温度难以控制、循环量大、甲烷化效率低、热量利用率低等问题，开发一种低能耗、反应床层温度容易控制、甲烷化效率高、热量利用率高的工艺对甲烷化反应制甲烷具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种合成气甲烷化生产甲烷新型工艺系统，该系统床层温度可控、循环量小、能耗低、甲烷化效率高、热量利用率高。
本实用新型采用的技术方案为：一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，该系统中包括甲烷化反应器和气液分离器，该系统采用合成气预热器通过管道连接至入塔气换热器，经入塔气换热器的换热器出口后分为三个分支：第一分支、第二分支和第三分支；
第一分支中，自换热器出口经一级反应入口连接至一级甲烷化反应器，一级反应出口经第一废热锅炉后连接至入塔气化热器的入塔气换热入口，再由入塔气换热出口经入塔气出口管连接至二级甲烷化反应器。
第二分支中，自换热器出口经管道并入入塔气出口管后，连接至二级甲烷化反应器的二级反应入口；再由二级反应出口经第二废热锅炉后，通过废热第一支路经循环机后连接至一级甲烷化反应器的一级反应入口；
第三分支中，自换热器出口经管道并入第二废热支路后，连接至三级甲烷化反应器的三级反应入口；再由三级反应出口经第三废热锅炉后连接至合成气预热器的预热器换热入口；再从预热器换热出口连接至四级等温甲烷化反应器的四级反应入口。
所述第二废热支路连接第二废热锅炉和三级甲烷化反应器。
所述四级等温甲烷化反应器的四级反应出口经第四废热锅炉、循环水冷却器后连接至气液分离器，气液分离器上设置产品气出口和工艺液出口。
该系统中还设置锅炉脱氧水管，分别通过支管连接至第一废热锅炉的第一脱氧水入口、第二废热锅炉的第二脱氧水入口、第三废热锅炉的第三脱氧水入口、汽包废锅的汽包脱氧水入口和第四废热锅炉的第四脱氧水入口。
所述第一废热锅炉的第一蒸汽出口、第二废热锅炉的第二蒸汽出口、第三废热锅炉的第三蒸汽出口分别经过支管连接至第一蒸汽管。汽包废锅的汽包蒸汽出口和第四废热锅炉的第四蒸汽出口分别经支管连接至第二蒸汽管。
本实用新型甲烷化生产甲烷系统，包括3个绝热反应器（一级到三级甲烷化反应器）与1个等温反应器串联；合成气经过合成气预热器、入塔气换热器，部分与循环气混合后进入一级甲烷化反应器，出一级甲烷化反应器的出口气经过第一废热锅炉、入塔气换热器，与部分换热后的新鲜合成气混合进入二级甲烷化反应器，二级甲烷化反应器的出口气经过第二废热锅炉，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器，出三级甲烷化反应器的出口气经过第三废热锅炉、合成气预热器、进四级等温甲烷化反应器，四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，四级等温甲烷化反应器的出口气经过第四废热锅炉，循环水冷却器、气液分离器，送往后续分离或者液化。
所述合成气分成3股分别进入3个绝热甲烷化反应器。
合成气经过合成气预热器、入塔气换热器，部分与循环气混合后进入一级甲烷化反应器，出一级甲烷化反应器的出口气经过第一废热锅炉、入塔气换热器，与部分换热后的新鲜合成气混合进入二级甲烷化反应器。
二级甲烷化反应器的出口气经过第二废热锅炉，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器。
本实用新型的有益效果为：该系统中合成气经过合成气预热器、入塔气换热器，第一分支部分与循环气混合后进入一级甲烷化反应器，一级甲烷化反应器的出口气经过第一废热锅炉、入塔气换热器，与部分换热后的新鲜合成气混合进入二级甲烷化反应器，二级甲烷化反应器的出口气经过第二废热锅炉，一部分去循环机，另一部分去三级甲烷化反应器，三级甲烷化反应器的出口气经过第三废热锅炉、合成气预热器、进四级等温甲烷化反应器，四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，四级等温甲烷化反应器的出口气经过第四废热锅炉，循环水冷却器、气液分离器，送往后续分离或者液化。
甲烷化是强放热反应，高温有利于加快反应速率，但是同时又降低平衡转化率，因此采用分级配入合成气的方式，有效平稳的控制反应器出口温度为550-650℃。四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，四级等温甲烷化反应器的出口气经过第四废热锅炉。四级采用等温甲烷化反应器，控制反应器出口温度为280-350℃，使出口气体中CO2含量低于30×10-6，满足对于生产LNG为目标产物的装置，保证进入低温装置CO2含量的要求。该系统利用废热锅炉换热，充分的给一二三四级甲烷化反应器出口气换热，热量充分利用，甲烷化系统出口气80-100℃。该系统简单、设备运行费用和投资成本低、运行可靠性高、热能回收效果好、提高反应深度，能够同时适用于合成气甲烷化生产城市燃气、SNG或者LNG。
附图说明
图1是一种合成气甲烷化生产甲烷的系统。
图中：E-101、合成气预热器，E-101a、预热器入口，E-101b、预热器出口，E-101c、预热器换热入口，E-101d、预热器换热出口，E-102、入塔气换热器，E-102a、换热器入口，E-102b、换热器出口，E-102c、入塔气换热入口，E-102d、入塔气换热出口，E-102e、入塔气出口管，R-101、一级甲烷化反应器，R-101a、一级反应入口，R-101b、一级反应出口，E-103、第一废热锅炉，E-103a、第一废热入口，E-103b、第一废热出口，E-103c、第一脱氧水入口，E-103d、第一蒸汽出口，C-101、循环机，R-102、二级甲烷化反应器，R-102a、二级反应入口，R-102b、二级反应出口，E-104、第二废热锅炉，E-104a、第二废热入口，E-104b、第二废热出口，E-104c、第二脱氧水入口，E-104d、第二蒸汽出口，E-104e、第一废热支路，E-104f、第二废热支路，R-103、三级甲烷化反应器，R-103a、三级反应入口，R-103b、三级反应出口，E-105、第三废热锅炉，E-105a、第三废热入口，E-105b、第三废热出口，E-105c、第三脱氧水入口，E-105d、第三蒸汽出口， R-104、四级等温甲烷化反应器，R-104a、四级反应入口，R-104b、四级反应出口，R-104c、四级反应换热入口，R-104d、四级反应换热出口，E-106、汽包废锅，E-106a、汽包入口，E-106b、汽包出口，E-106c、汽包脱氧水入口，E-106d、汽包蒸汽出口，E-107、第四废热锅炉，E-107a、第四废热入口，E-107b、第四废热出口，E-107c、第四脱氧水入口，E-107d、第四蒸汽出口，E-108、循环水冷却器，V-101、气液分离器，V-101a、产品气出口，V-101b、工艺液出口、G-1、锅炉脱氧水管，G-2、第一蒸汽管，G-3第二蒸汽管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型系统作进一步解释说明：
图1示出了一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，合成气自预热器入口E-101a进入到合成气预热器E-101，再由预热器出口E-101b通过换热器入口E-102a连接至入塔气换热器E-102，从入塔气换热器E-102的换热器出口E-102b出来后分为三个分支：第一分支、第二分支和第三分支。
第一分支中，自换热器出口E-102b经一级反应入口R-101a连接至一级甲烷化反应器R-101，一级反应出口R-101b自第一废热出口E-103b连接至第一废热锅炉E-103，再由第一废热出口E-103b经管道连接至入塔气化热器E-102的入塔气换热入口E-102c，再由入塔气换热出口E-102d经入塔气出口管E-102e连接至二级甲烷化反应器R-102。
第二分支中，自换热器出口E-102b经管道并入入塔气出口管E-102e后，连接至二级甲烷化反应器R-102的二级反应入口R-102a；再由二级反应出口R-102b依次经第二废热入口E-104a、第二废热锅炉E-104、第二废热出口E-104b后，通过废热第一支路E-104e经循环机C-101后连接至一级甲烷化反应器R-101的一级反应入口R-101a。
第三分支中，自换热器出口E-102b经管道并入第二废热支路E-104f后，连接至三级甲烷化反应器R-103的三级反应入口R-103a；再由三级反应出口R-103b依次经过第三废热入口E-105a、第三废热锅炉E-105、第三废热出口E-105b后经管道连接至合成气预热器E-101的预热器换热入口E-101c；再从预热器换热出口E-101d连接至四级等温甲烷化反应器R-104的四级反应入口R-104a。
所述第二废热支路E-104f连接第二废热锅炉E-104和三级甲烷化反应器R-103；
四级等温甲烷化反应器R-104的四级反应出口R-104b依次经过第四废热入口E-107a、第四废热锅炉E-107、第四废热出口E-107b、循环水冷却器E-108后连接至气液分离器V-101，气液分离器V-101上设置产品气出口V-101a和工艺液出口V-101b。
该系统中还设置锅炉脱氧水管G-1，分别通过支管连接至第一废热锅炉E-103的第一脱氧水入口E-103c、第二废热锅炉E-104的第二脱氧水入口E-104c、第三废热锅炉E-105的第三脱氧水入口E-105c、汽包废锅E-106的汽包脱氧水入口E-106c和第四废热锅炉E-107的第四脱氧水入口E-107c。
第一废热锅炉E-103的第一蒸汽出口E-103d、第二废热锅炉E-104的第二蒸汽出口E-104d、第三废热锅炉E-105的第三蒸汽出口E-105d分别经过支管连接至第一蒸汽管G-2。汽包废锅E-106的汽包蒸汽出口E-106d和第四废热锅炉E-107的第四蒸汽出口E-107d分别经支管连接至第二蒸汽管G-3。
合成气经过合成气预热器E-101、入塔气换热器E-102，部分与循环气混合后进入一级甲烷化反应器R-101，出一级甲烷化反应器R-101的出口气经过第一废热锅炉E-103、入塔气换热器E-102，与部分换热后的新鲜合成气混合进入二级甲烷化反应器R-102，二级甲烷化反应器R-102的出口气经过第二废热锅炉E-104，一部分去循环机C-101，另一部分去三级甲烷化反应器R-103，出三级甲烷化反应器R-103的出口气经过第三废热锅炉E-105、合成气预热器E-101、进四级等温甲烷化反应器R-104，四级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包E-106产生蒸汽，四级等温甲烷化反应器R-104的出口气经过第四废热锅炉，循环水冷却器E-108、气液分离器V-101，送往后续分离或者液化。
实施例1
上游净化装置来的合成气（以下简称净化气）组成为：H2：74.61%mol；CH4：0.37%mol；N2：0.57%mol；CO：23.32%mol；CO2：1.13%mol；H2S+COS：<0.1ppm。温度：30℃，压力：3.24MPa，流量：1500Nm3/h。
进入界区的净化气经过合成气预热器E-101、入塔气换热器E-102换热，温度升至290℃，净化气分成三股，第一股流量598Nm³/h，与循环气1471Nm³/h混合，混合后温度为297℃，混合气进入一级甲烷化反应器R-101，发生甲烷化反应，出一级甲烷化反应器R-101的温度为636℃，一级甲烷化反应器R-101出口气经过第一废热锅炉E-103、入塔气换热器E-102换热，温度降至300℃，该气体与第二股净化气751Nm³/h混合，混合后温度为298℃，混合气进入二级甲烷化反应器R-102，发生甲烷化反应，出二级甲烷化反应器R-102的温度为633℃，二级甲烷化反应器R-102的出口气经过第二废热锅炉E-104，温度降至290℃，一部分1471Nm³/h去循环机C-101，另一部分792Nm³/h去三级甲烷化反应器R-103，该气体与第三股净化气151Nm³/h混合，混合后温度为290℃，混合气进入三级甲烷化反应器R-103，发生甲烷化反应，出三级甲烷化反应器R-103的温度为551℃，三级甲烷化反应器R-103的出口气经过第三废热锅炉E-105、合成气预热器E-101换热，温度降至260℃，进入四级等温甲烷化反应器R-104，发生甲烷化反应，反应产生的热量通过夹套汽包E-106移出，汽包E-106温度为260℃，四级等温甲烷化反应器R-104出口气温度为265℃，经过第四废热锅炉，循环水冷却器E-108冷却，冷却至40℃，经由气液分离器V-101分离，送往后续工段。
气液分离器V-101出口气相组成：CH4:96.28%，H2:1.29%，CO2:2ppm，N2:2.21%
实施例2
上游净化装置来的合成气（以下简称净化气）组成为：H2：75.19%mol；CH4：0.51%mol；N2：0.85%mol；CO：20.17%mol；CO2：3.28%mol；H2S+COS：<0.1ppm。温度：30℃，压力：2.86MPa，流量：2263Nm3/h。
进入界区的净化气经过合成气预热器E-101、入塔气换热器E-102换热，温度升至295℃，净化气分成三股，第一股流量905Nm³/h，与循环气2436Nm³/h混合，混合后温度为300℃，混合气进入一级甲烷化反应器R-101，发生甲烷化反应，出一级甲烷化反应器R-101的温度为605℃，一级甲烷化反应器R-101出口气经过第一废热锅炉E-103、入塔气换热器E-102换热，温度降至289℃，该气体与第二股净化气1131Nm³/h混合，混合后温度为290℃，混合气进入二级甲烷化反应器R-102，发生甲烷化反应，出二级甲烷化反应器R-102的温度为603℃，二级甲烷化反应器R-102的出口气经过第二废热锅炉E-104，温度降至293℃，一部分2436Nm³/h去循环机C-101，另一部分1200Nm³/h去三级甲烷化反应器R-103，该气体与第三股净化气226Nm³/h混合，混合后温度为293℃，混合气进入三级甲烷化反应器R-103，发生甲烷化反应，出三级甲烷化反应器R-103的温度为535℃，三级甲烷化反应器R-103的出口气经过第三废热锅炉E-105、合成气预热器E-101换热，温度降至250℃，进入四级等温甲烷化反应器R-104，发生甲烷化反应，反应产生的热量通过夹套汽包E-106移出，汽包E-106温度为250℃，四级等温甲烷化反应器R-104出口气温度为252℃，经过第四废热锅炉，循环水冷却器E-108冷却，冷却至40℃，经由气液分离器V-101分离，送往后续工段。气液分离器V-101出口气相组成：CH4:89.97%，H2:6.63%，N2:3.19%。
Claims (3)
1.一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，该系统中包括甲烷化反应器和气液分离器，其特征在于：该系统采用合成气预热器（E-101）通过管道连接至入塔气换热器（E-102），经入塔气换热器（E-102）的换热器出口（E-102b）后分为三个分支：第一分支、第二分支和第三分支；
第一分支中，自换热器出口（E-102b）经一级反应入口（R-101a）连接至一级甲烷化反应器（R-101），一级反应出口（R-101b）经第一废热锅炉（E-103）后连接至入塔气换热器（E-102）的入塔气换热入口（E-102c），再由入塔气换热出口（E-102d）经入塔气出口管（E-102e）连接至二级甲烷化反应器（R-102）；
第二分支中，自换热器出口（E-102b）经管道并入入塔气出口管（E-102e）后，连接至二级甲烷化反应器（R-102）的二级反应入口（R-102a）；再由二级反应出口（R-102b）经第二废热锅炉（E-104）后，通过废热第一支路（E-104e）经循环机（C-101）后连接至一级甲烷化反应器（R-101）的一级反应入口（R-101a）；
第三分支中，自换热器出口（E-102b）经管道并入第二废热支路（E-104f）后，连接至三级甲烷化反应器（R-103）的三级反应入口（R-103a）；再由三级反应出口（R-103b）经第三废热锅炉（E-105）后连接至合成气预热器（E-101）的预热器换热入口（E-101c）；再从预热器换热出口（E-101d）连接至四级等温甲烷化反应器（R-104）的四级反应入口（R-104a）；
所述第二废热支路（E-104f）连接第二废热锅炉（E-104）和三级甲烷化反应器（R-103）；
所述四级等温甲烷化反应器（R-104）的四级反应出口（R-104b）经第四废热锅炉（E-107）、循环水冷却器（E-108）后连接至气液分离器（V-101），气液分离器（V-101）上设置产品气出口（V-101a）和工艺液出口（V-101b）。
2.根据权利要求1所述的一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其特征在于：该系统中还设置锅炉脱氧水管（G-1），分别通过支管连接至第一废热锅炉（E-103）的第一脱氧水入口（E-103c）、第二废热锅炉（E-104）的第二脱氧水入口（E-104c）、第三废热锅炉（E-105）的第三脱氧水入口（E-105c）、汽包废锅（E-106）的汽包脱氧水入口（E-106c）和第四废热锅炉（E-107）的第四脱氧水入口（E-107c）。
3.根据权利要求1所述的一种合成气甲烷化生产甲烷的系统，其特征在于：所述第一废热锅炉（E-103）的第一蒸汽出口（E-103d）、第二废热锅炉（E-104）的第二蒸汽出口（E-104d）、第三废热锅炉（E-105）的第三蒸汽出口（E-105d）分别经过支管连接至第一蒸汽管（G-2）；
汽包废锅（E-106）的汽包蒸汽出口（E-106d）和第四废热锅炉（E-107）的第四蒸汽出口（E-107d）分别经支管连接至第二蒸汽管（G-3）。
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| GR01 | Patent grant | ||
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