專利名稱：低壓處理煤炭焦化氣的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理煤炭焦化氣的方法及裝置，具體地說，本發(fā)明涉 及一種在低壓條件下利用水合物法對煤炭焦化氣進行分離處理以分別得到 高濃度的甲烷和高濃度的氫氣的方法，以及用于實現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
在煤炭焦化過程中，都伴隨有氣體的放出，稱為焦化氣，這些焦化氣 的主要成分為甲烷和氫氣，另外還含有一些少量的C02和N2。據(jù)估計我國
焦化氣的總量超過20^1081113/年，合理有效地利用這些焦化氣，對于環(huán)境 保護和提高企業(yè)的經(jīng)濟效益都具有重要意義。
目前對焦化氣的分離可以釆取深冷分離、膜分離技術(shù)，也可以采取高 壓水合物分離的方法。這些方法都需要比較高的操作壓力，如CN1272618A 公開了一種利用水合物分離提濃氫氣的方法，其中記載了 rc時甲垸生成水 合物的壓力高達(dá)30個大氣壓，且隨著溫度的升高，水合物的生成壓力也是 增大的。然而，實際工業(yè)中從焦化爐排出的煤炭焦化氣的壓力很低，通常 為常壓或接近常壓，如果利用上述深冷分離、膜分離或高壓水合物分離技 術(shù)分離煤炭焦化氣，需要先將焦化氣提高到所需要的高壓條件，能耗較大。
因此，尋求在低壓條件下分離煤炭焦化氣的方法很有必要，對于降低 分離過程的能耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，將具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種低壓處理煤炭焦化氣的方法，以在較 低壓力條件下實現(xiàn)焦化氣的分離，降低過程的能耗和過程的操作難度。本發(fā)明的另一 目的在于提供一種低壓處理煤炭焦化氣的方法，在較低壓力 條件下對焦化氣進行分離，以回收焦化氣中的甲垸，同時得到高濃度的氫氣。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于實現(xiàn)所述低壓處理煤炭焦化氣的 方法的裝置。
根據(jù)本發(fā)明所提供的低壓處理煤炭焦化氣的方法，具體是一種利用生 成水合物的方法在低壓條件下實現(xiàn)焦化氣的分離的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中一般
認(rèn)為水合物是在一定溫度和一定高壓條件下形成的，如CN1272618A中所
記載的rc時甲烷生成水合物的壓力高達(dá)3o個大氣壓。而本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在
較低的壓力下，當(dāng)含有甲烷的焦化氣與含有四氫呋喃(THF)的水合物工作 液進行接觸，形成水合物時，焦化氣中的甲垸將進入水合物中被帶走，從 而可實現(xiàn)甲烷與焦化氣中其它組分的分離。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一 種低壓處理煤炭焦化氣的方法，該方法包括步驟
將焦化氣引入水合反應(yīng)器，與來自水合反應(yīng)器頂部的水合物工作液逆 流接觸，使焦化氣中所含的甲烷與水合物工作液中的水發(fā)生水合反應(yīng)形成 水合物，同時焦化氣中的氫氣被提濃得到提濃氣體(高濃度氫氣)；其中， 所述水合反應(yīng)器的操作壓力為0.20~1.00MPa (本發(fā)明中所述壓力均為絕對 壓力)，操作溫度為3 15'C。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的處理煤炭焦化氣的方法還可包 括步驟將水合反應(yīng)器中形成的水合物引入水合物化解器化解，形成氣體 物流和液體物流，并將形成的液體物流引出水合物化解器經(jīng)液體循環(huán)泵升 壓后返回水合反應(yīng)器循環(huán)利用。更具體地說，所述水合物化解器的操作壓 力為0.1 0.25MPa，操作溫度為8 23X:。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述引入水合反應(yīng)器的焦化氣中甲垸的 體積分率為0.10~0.60。優(yōu)選地，在進入水合反應(yīng)器前，所述焦化氣先被壓 縮到壓力0.2 1.0MPa，并降溫到3~15匸后再進入水合反應(yīng)器中，與水合物 工作液接觸發(fā)生水合反應(yīng)。本發(fā)明的利用在低壓條件下生成水合物來分離煤炭焦化氣的方法中， 所述水合物工作液優(yōu)選是油相溶液與水相溶液按照體積比為1: 1~5: 1混 合得到的混合乳液。在水合物工作液中加入油相溶液是為了保證水合物工 作液中的水生成水合物后不凝結(jié)成為大的固體塊，以免堵塞設(shè)備管路，有 利于過程的穩(wěn)定連續(xù)進行，滿足大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的需要。本發(fā)明中，所述
油相溶液優(yōu)選為凝點低于-2(TC且3(TC時的飽和壓力低于0.05MPa的煤油、 柴油或硅油等油類物質(zhì)；所述水相為含四氫呋喃(THF)的水溶液，該水相 溶液中THF的質(zhì)量濃度優(yōu)選10%~30%。
根據(jù)本發(fā)明的更優(yōu)選實施方案，所述水合物工作液中最好還含有表面 活性劑和/或動力學(xué)促進劑。其中，所述表面活性劑是為了使水合物工作液 中的水相溶液和油相溶液更好地形成乳液(乳化液)，本發(fā)明中優(yōu)選使用的 表面活性劑包括斯盤(Span)系列乳化劑，例如可以包括失水山梨醇單月桂酸 酯(Span-20)、失水山梨醇單棕櫚酸酯(Span-40)、失水山梨醇單硬脂酸酯 (Span-60)、失水山梨醇三硬脂酸酯(Span-65)、失水山梨醇單油酸酯 (Span-80)、失水山梨醇倍半油酸酯(Span-83)、失水山梨醇三油酸酯(Span-85) 等中的一種或多種，更優(yōu)選為Span-20、 Span-40、 Span-60和Span-80中的 一種或多種；以水合物工作液中的水相溶液的量為基準(zhǔn)，表面活性劑的摩 爾分率優(yōu)選為0.5%~3%。所述動力學(xué)促進劑是為了提高水合過程進行的速 度，本發(fā)明中優(yōu)選使用的動力學(xué)促進劑包括十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基 苯磺酸鈉和/或十二烷基硫酸鈉等；以水合物工作液中的水相溶液的量為基 準(zhǔn)，動力學(xué)促進劑的含量優(yōu)選為300ppm 1500ppm。
本發(fā)明中，引入水合反應(yīng)器的水合物工作液的量與焦化氣的量在標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài)下的體積比優(yōu)選為l: 1~1: 50 (折算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，V/V)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在水合反應(yīng)器中，焦化氣中所含的甲烷與水合物 工作液中的水發(fā)生水合反應(yīng)形成水合物而進入油水的混合乳液相后，氣相 中的氫氣的濃度將得到提高，該高濃度氫氣氣相中氫氣的體積分率可高達(dá)0.93以上，可將該含有高濃度氫氣的提濃氣體從水合反應(yīng)器頂部排出，為 煉鋼或者煤制油工業(yè)提供氫源。
水合反應(yīng)器中形成的水合物是以與未反應(yīng)的水合物工作液混合的漿液 形式存在，本發(fā)明中將該水合物與未反應(yīng)的水合物工作液混合的漿液稱為 "水合物漿液"，該水合物漿液之后被引入水合物化解器化解，釋放出甲 烷，而分為包含高濃度甲烷的氣體物流和包含水合物工作液的液體物流。 氣體物流中甲垸的體積分率可高達(dá)0.92以上，將該包含高濃度的甲垸的氣 體物流從水合物化解器頂部引出，可送去燃料氣系統(tǒng)或者經(jīng)過壓縮處理作 為產(chǎn)品售出；而液體物流(水合物工作液)可被引出水合物化解器并經(jīng)液 體循環(huán)泵升壓后返回水合反應(yīng)器循環(huán)利用。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于實現(xiàn)所述處理煤炭焦化氣的方法 的裝置，該裝置主要包括一水合反應(yīng)器。該水合反應(yīng)器可以采用該領(lǐng)域中 的常規(guī)水合反應(yīng)器，通常是塔式反應(yīng)器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方案， 所述水合反應(yīng)器可采用噴霧和篩板組合結(jié)構(gòu)，水合反應(yīng)器的上部為噴霧區(qū)， 噴霧區(qū)設(shè)置有用于噴出水合物工作液的噴嘴，水合反應(yīng)器的下部為篩板區(qū)， 設(shè)有多層篩板，且水合反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于移走反應(yīng)生成熱的冷卻盤管。該 水合反應(yīng)器的底部(下部)設(shè)有焦化氣入口以及水合物漿液出口，頂部(上 部)設(shè)有水合物工作液入口以及提濃氣體出口。水合反應(yīng)主要在噴霧區(qū)完 成，篩板區(qū)也有部分反應(yīng)，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量被內(nèi)置的所述冷卻盤管移走。 水合反應(yīng)器下部的篩板區(qū)的功能主要是讓噴霧區(qū)形成的水合物固體和未反 應(yīng)水合物工作液的混合漿液和上行的氣體進行接觸、傳質(zhì)，使?jié){液中夾帶 的氫氣被抽提出來，減少由水合物漿液夾帶入水合物化解器的氫氣的量， 從而提高水合物化解器氣體物流中甲烷的濃度。根據(jù)本發(fā)明的更優(yōu)選的具 體實施方案，本發(fā)明所用的水合反應(yīng)器中，所述水合物漿液出口可以設(shè)置 在水合反應(yīng)器的底部側(cè)邊，而在水合反應(yīng)器內(nèi)靠近該水合物漿液出口處的 下邊設(shè)置有多孔過濾板；優(yōu)選地，過濾板在水合反應(yīng)器水平面上的投影面積約占水合反應(yīng)器內(nèi)截面積的60%~75%;該過濾板優(yōu)選是向水合物漿液出 口方向傾斜設(shè)置，過濾板與水平面的夾角為5~15° ;過濾板上設(shè)置的多個 開孔優(yōu)選是在過濾板上相對均勻分布，每個開孔孔徑約為3 8mm;各開孔 總面積約為過濾板面積的5%~20%。該多孔過濾板的設(shè)置，在一定程度上 可使由水合反應(yīng)器流入水合物化解器的水合物漿液中的水合物的濃度得到 提高，減少通過水合物化解器的水合物工作液的循環(huán)量。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的用于實現(xiàn)所述處理煤炭焦化氣 的方法的裝置還包括一水合物化解器，所述水合物化解器設(shè)置有水合物漿 液入口，該水合物槳液入口與水合反應(yīng)器的水合物漿液出口相連通，用于 將水合物漿液從水合反應(yīng)器引出并引入水合物化解器內(nèi)化解；且水合物化 解器頂部設(shè)置有用于引出氣體物流的氣體出口，底部設(shè)置有用于引出液體 物流的液體出口。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方案，所述水合物化解器底 部設(shè)置的液體出口可與水合反應(yīng)器的水合物工作液入口相連通，且在該水 合物化解器的液體出口與水合反應(yīng)器的水合物工作液入口之間的管路上設(shè) 置有一液體循環(huán)泵，用以將水合物化解器內(nèi)的液體物流引出水合物化解器 并經(jīng)液體循環(huán)泵升壓后返回水合反應(yīng)器循環(huán)利用。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，在所述水合反應(yīng)器的水合物漿液出口與 水合物化解器的水合物漿液入口之間的管路上設(shè)置有第一換熱器和第二換 熱器，所述第一換熱器用于使原料煤炭焦化氣在進入水合反應(yīng)器之前與從 水合反應(yīng)器底部引出的水合物漿液之間交換熱量，所述第二換熱器用于進 一步加熱經(jīng)過第一換熱器的水合物漿液。在所述水合物化解器底部的液體 出口與水合反應(yīng)器的水合物工作液入口之間的管路上還設(shè)置有第三換熱 器，用以將化解后的液體物流經(jīng)過所述液體循環(huán)泵升壓后再通過該第三換 熱器降溫，然后返回水合反應(yīng)器作為水合物工作液循環(huán)利用。
本發(fā)明的裝置中所用的設(shè)備如所述的水合物化解器、換熱器、循環(huán)泵 以及所設(shè)置的連通管路(管線)、視需要所設(shè)置的閥門和計量表等均可采用該領(lǐng)域中的常規(guī)設(shè)備，所述水合反應(yīng)器中篩板、噴嘴及冷卻盤管等具體 部件的設(shè)置對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言在閱讀本發(fā)明后也是很容易掌握并 實施的，本發(fā)明不再對這些設(shè)備的具體構(gòu)造進行贅述。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種低壓處理煤炭焦化氣的方法以及用于實現(xiàn) 該方法的裝置，本發(fā)明突破過去水合物生成必須在高壓下進行的限制，可以
在較低的壓力(0.20 1.00MPa)和適合的溫度(3~15'C)條件下使煤炭焦化 氣中的甲烷生成水合物來實現(xiàn)對焦化氣的分離，從而降低過程的能耗和過程 的操作難度；應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)，可以回收焦化氣中約70%以上的甲烷，同 時得到高濃度的氫氣，所得到的高濃度氫氣中氫氣的體積分率高于0.93，而 高濃度甲烷氣中甲烷的體積分率高于0.92，利用本發(fā)明的工藝所得到的高濃 度的氫氣和甲垸可分別滿足不同的化工過程的需要，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。
圖1為顯示本發(fā)明的低壓處理煤炭焦化氣的方法的工藝流程示意圖2為顯示本發(fā)明的裝置中的水合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的示意圖3A與圖3B為顯示本發(fā)明的裝置中的水合反應(yīng)器中的過濾板的設(shè)置
示意圖，其中，圖3A為顯示過濾板的結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖3B為顯示過濾板
在水合反應(yīng)器中的設(shè)置方式的側(cè)視圖。 圖中主要標(biāo)號說明
1水合反應(yīng)器 4第二換熱器 11焦化氣入口
14提濃氣體出口
17冷卻盤管
21水合物漿液入口
IO水合物漿液控制閥
2水合物化解器 5液體循環(huán)泵 12水合物漿液出口 15噴嘴 18過濾板 22氣體出口
3第一換熱器 6第三換熱器 13水合物工作液入口 16篩板
19水合物工作液出口 23液體出口
20原料氣流量控制閥30水合物工作液閥門
具體實施例方式
以下通過優(yōu)選的示例性實施例并配合附圖對本發(fā)明的裝置和方法及其 有益效果作進一步的詳細(xì)說明。
請參見圖1所示，本發(fā)明提供了一種利用在低壓條件下生成水合物的 方法分離煤炭焦化氣的工藝，其中所用到的裝置設(shè)備主要包括水合反應(yīng)器1
和水合物化解器2。所述水合反應(yīng)器1的底部(下部)設(shè)有焦化氣入口 11 以及水合物漿液出口 12，頂部(上部)設(shè)有水合物工作液入口 13以及提濃 氣體出口14;所述水合物化解器2設(shè)置有水合物漿液入口 21，該水合物漿 液入口 21與水合反應(yīng)器1的水合物漿液出口 12相連通；且水合物化解器2 頂部設(shè)置有用于引出氣體物流的氣體出口 22，底部設(shè)置有用于引出液體物 流的液體出口 23，該液體出口 23與水合反應(yīng)器1的水合物工作液入口 13 相連通；并且，在所述水合反應(yīng)器l的水合物漿液出口 12與水合物化解器 2的水合物漿液入口 21之間的連通管路上設(shè)置有第一換熱器3和第二換熱 器4，在所述水合物化解器2底部的液體出口 23與水合反應(yīng)器1的水合物 工作液入口 13之間的連通管路上設(shè)置有液體循環(huán)泵5和第三換熱器6。另 外，還可根據(jù)需要設(shè)置流量控制閥如水合物漿液控制閥10、原料氣流量控 制閥20、水合物工作液閥門30等。
關(guān)于本發(fā)明中的水合反應(yīng)器1的具體結(jié)構(gòu)可以參見圖2所示，采用噴 霧和篩板組合結(jié)構(gòu)，水合反應(yīng)器1的上部為噴霧區(qū)，噴霧區(qū)設(shè)置有用于噴 出水合物工作液的噴嘴15，水合反應(yīng)器1的下部為篩板區(qū)，設(shè)有多層篩板 16，且該水合反應(yīng)器1內(nèi)還設(shè)置有用于移走反應(yīng)生成熱的冷卻盤管17。
本發(fā)明中的水合反應(yīng)器1，還可以采用如圖3A和圖3B所示意的結(jié)構(gòu)， 將所述水合物漿液出口 12設(shè)置在水合反應(yīng)器的底部側(cè)邊，并且在靠近該水合 物漿液出口 12的下方設(shè)置有一個多孔過濾板18，過濾板18在水合反應(yīng)器水 平面上的投影面積約占水合反應(yīng)器內(nèi)截面積的60% 75%，過濾板上設(shè)置的多個開孔相對均勻分布，每個開孔孔徑約為3~8mm，各開孔總面積約為過濾板 面積的5%~20%，最優(yōu)選約為10%;圖中所示過濾板是向水合物漿液出口方 向傾斜約5~15°設(shè)置，以使由水合物漿液出口 12流出的水合物槳液中的水合 物的濃度得到提高。在該水合反應(yīng)器l底部還設(shè)置有水合物工作液出口 19， 過濾到過濾板18下方的水合物工作液(含有少量的水合物)可從該水合物工 作液出口 19直接返回(或經(jīng)過適當(dāng)換熱降溫后返回)水合反應(yīng)器l頂部的水 合物工作液入口 13循環(huán)利用，從而減少通過第一換熱器3、第二換熱器4、 水合物化解器2、液體循環(huán)泵5和第三換熱器6的水合物工作液的循環(huán)量。
利用本發(fā)明圖1所示工藝流程處理煤炭焦化氣時，將從焦化爐排出的 低壓焦化氣(主要包含氫氣和甲烷，甲垸的體積分率約0.1~0.6，還可能有 極少量的C02和N2，其中N2對本發(fā)明的工藝幾乎沒有影響，可忽略不計)， 經(jīng)過壓縮機(圖中未顯示)壓縮后，由原料氣流量控制閥20調(diào)節(jié)流量，然 后經(jīng)過第一換熱器3，與從水合反應(yīng)器1底部水合物漿液出口 12引出的水 合物漿液交換熱量，被降低溫度到3 15'C后，從焦化氣入口 ll進入水合反 應(yīng)器l，并自下而上地通過水合反應(yīng)器l，該焦化氣與從水合反應(yīng)器l頂部 的水合物工作液入口 13進入經(jīng)噴嘴15噴淋而下的水合物工作液逆流接觸， 焦化氣中所含的甲垸與水合物工作液中的水發(fā)生水合反應(yīng)形成水合物。水 合反應(yīng)器1的操作壓力為較低壓力0.20MPa 1.00MPa，操作溫度為3~15°C。
所用水合物工作液為油相溶液與水相溶液按照體積比為1: 1~5: 1混合得 到的混合乳液，其中，所述油相溶液為凝點低于-2(TC且3(TC時的飽和壓力 低于0.05MPa的煤油、柴油或硅油等油類物質(zhì)，所述水相溶液為含四氫呋 喃質(zhì)量濃度10%~30%的水溶液；為了促進油相和水相的混合，水合物工作 液中還加入了表面活性劑如Span-20、 Span-40、 Span-60或Span-80等；同
時為了提高水合過程進行的速度，水合物工作液中還加入了動力學(xué)促進劑， 如十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉或十二垸基硫酸鈉等。本發(fā)明中， 從水合反應(yīng)器1頂部噴淋而下的水合物工作液與從水合反應(yīng)器1底部引入的焦化氣的體積比優(yōu)選控制在1: 1~1: 50 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，V/V)的范圍內(nèi)， 該水合物工作液與原料氣體的流率比可根據(jù)氣體壓力大小及原料焦化氣中 甲烷的濃度高低適當(dāng)調(diào)整， 一般情況下，氣體壓力越高，循環(huán)的水合物工
作液的量就越?。环粗畾怏w壓力越低，循環(huán)的水合物工作液的量就越大； 當(dāng)原料焦化氣中甲垸的濃度較高，循環(huán)的水合物工作液的量可適當(dāng)增大； 當(dāng)原料焦化氣中甲烷的濃度較低，循環(huán)的水合物工作液的量可適當(dāng)減小。 水合反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量被水合反應(yīng)器1內(nèi)置的冷卻盤管17移走，盤管中的 制冷劑可釆用液氨等。水合反應(yīng)器1內(nèi)在噴霧區(qū)形成的水合物固體以及未 反應(yīng)的工作液的混合漿液在水合反應(yīng)器1內(nèi)下行進入下部的篩板區(qū)(篩板 16的作用之一是減少氣體的返混)，與上行的氣體進行接觸、傳質(zhì)，使?jié){ 液中夾帶的氫氣被抽提出來，提高氫氣的回收率。
水合反應(yīng)器1內(nèi)，焦化氣中的甲烷與水合物工作液接觸生成水合物被 脫除后，而使氣相中的氫氣得到提濃(提濃后的高濃度氫氣中甲烷的摩爾 分率可降低到0.07以下)，高濃度氫氣從水合反應(yīng)器1頂部提濃氣體出口 14排出，可以為煉鋼或者煤制油工業(yè)提供氫源。
水合反應(yīng)器1內(nèi)的水合物槳液從水合反應(yīng)器1底部的水合物漿液出口 12 離開水合反應(yīng)器1，先通過第一換熱器3與原料焦化氣進行換熱而被初步加 熱，并根據(jù)需要通過第二換熱器4 (換熱劑可采用加熱劑如加熱蒸汽等)換 熱到8 23'C后，從水合物化解器2的水合物漿液入口 21進入水合物化解器 2;水合物化解器的操作壓力為O.lMPa 0.25MPa，操作溫度為8 23'C;所 述水合物漿液在水合物化解器2中化解分為氣體和液體兩股物流；氣體物流 為高濃度甲烷的氣體，從水合物化解器2的頂部的氣體出口 22排出，可送 去燃料氣系統(tǒng)或者經(jīng)過壓縮處理，作為產(chǎn)品售出；液體物流從水合物化解器 2底部的液體出口 23引出后經(jīng)過液體循環(huán)泵5升壓后，再通過第三換熱器6 (制冷劑可采用液氨等)降低溫度后，返回水合反應(yīng)器1頂部的水合物工作 液入口 13循環(huán)利用，并可根據(jù)生產(chǎn)損失需要補充適量的水合物工作液。通過上述工藝實現(xiàn)焦化氣的分離，同時可得到高濃度的氫氣和甲烷， 分別滿足不同的化工過程的需要，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益，且工藝流程短、 設(shè)備緊湊。
實施例l
采用圖1所示的工藝流程(其中水合反應(yīng)器1采用圖2所示結(jié)構(gòu)，未 設(shè)置過濾板)，對模擬焦化氣進行分離，以分別得到高濃度的氫氣和甲烷。
其中，進入水合反應(yīng)器1的原料氣(相當(dāng)于焦化氣)的組成為H2
(50.21mol%) +CH4 (49.79 mol%);水合反應(yīng)器1操作溫度為3.0°C，操 作壓力為0.20MPa;水合物工作液為油相溶液與水相溶液按照體積比為4: l混合得到的乳液，油相溶液為市售-20號柴油，水相溶液為含四氫呋喃的 水溶液(其中THF的摩爾分率為0.06)，且該水相溶液中含有摩爾分率0.0128 的Span-60，并含有500ppm的十二烷基苯磺酸鈉；引入水合反應(yīng)器1的水 合物工作液的量與焦化氣的量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積比為h 5 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)， V/V)，氣體在反應(yīng)器內(nèi)停留時間約為12分鐘。該實施例中，對模擬焦化 氣進行處理后，得到的高濃度氫氣的組成為H2 (93.23mol%) +CH4
(6.77mol%);高濃度甲烷中甲烷的摩爾組成為92.80%，其余為H2。利用 該實施例的工藝，原料氣中有72%的甲烷被脫除。
采用圖1所示的工藝流程(其中水合反應(yīng)器1采用圖2所示結(jié)構(gòu)，未 設(shè)置過濾板)，對模擬焦化氣進行分離，以分別得到高濃度的氫氣和甲烷。 其中，進入水合反應(yīng)器1的原料氣(相當(dāng)于焦化氣)的組成為H2 (59.16mol°/0) +CH4 (40.84mol%);水合反應(yīng)器1操作溫度為3,5°C，操 作壓力為0.96MPa;水合物工作液為油相溶液與水相溶液按照體積比為4: 1，其中，油相溶液為市售-20號柴油，水相溶液為含四氫呋喃的水溶液(其 中THF的摩爾分率為0.06)，且該水相溶液中含有摩爾分率0.0128的Span-60，并含有500ppm的十二烷基苯磺酸鈉；引入水合反應(yīng)器1的水合 物工作液的量與焦化氣的量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積比為1: 30 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)， V/V)，氣體在反應(yīng)器內(nèi)停留時間約為28分鐘。該實施例中，對模擬焦化 氣進行處理后，得到的高濃度氫氣的組成為H2 (95.11mol%) +CH4 (4.89mol%);高濃度甲烷中甲烷的摩爾組成為93.22mo1。/0，其余為H2。 利用該實施例的工藝，原料氣中有89%的甲烷被脫除。
實施例3
采用圖1所示的工藝流程(其中水合反應(yīng)器1釆用圖2所示結(jié)構(gòu)，未 設(shè)置過濾板)，對模擬焦化氣進行分離，以分別得到高濃度的氫氣和甲烷。
其中，進入水合反應(yīng)器1的原料氣(相當(dāng)于焦化氣)的組成為H2
(58.07mol%) +CH4 (39.22mol%) +C02 (2.71mol%);水合反應(yīng)器1操 作溫度為3.8'C，操作壓力為0.90MPa;水合物工作液為油相溶液與水相溶 液按照體積比為4: l混合得到的乳液，其中，油相溶液為市售-20號柴油， 水相溶液為含四氫呋喃THF的水溶液(其中THF的摩爾分率為0.06)，且 該水相溶液中含有摩爾分率0.0128的Span-60，并含有500ppm的十二垸基 苯磺酸鈉；引入水合反應(yīng)器1的水合物工作液的量與焦化氣的量在標(biāo)準(zhǔn)狀 態(tài)下的體積比為h 27 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，V/V)，氣體在反應(yīng)器內(nèi)停留時間約為 30分鐘。該實施例中，對模擬焦化氣進行處理后，得到的高濃度氫氣的組 成為H2 (94.82mol%) +CH4 (4.73mol0/。) + C02 (0.45mol%);高濃度甲 烷中甲烷的摩爾組成為92.15mo1。/。， C02為3.67mo1。/。，其余為H2。利用該 實施例的工藝，原料氣中有87.5%的甲烷被脫除。
雖然上述已結(jié)合優(yōu)選的示例性實施方案對本發(fā)明進行了描述，本領(lǐng)域
的技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)精神的范圍內(nèi)對本發(fā)明的各個技術(shù)特征作 出各種等效的再組合、修改或變化，這些再組合、修改和變化理應(yīng)落入本
發(fā)明應(yīng)予保護的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種低壓處理煤炭焦化氣的方法，該方法包括步驟將焦化氣引入水合反應(yīng)器，與來自水合反應(yīng)器頂部的水合物工作液逆流接觸，使焦化氣中所含的甲烷與水合物工作液中的水發(fā)生水合反應(yīng)形成水合物，同時焦化氣中的氫氣被提濃得到高濃度氫氣；其中，所述水合反應(yīng)器的操作壓力為0.20～1.00MPa，操作溫度為3～15℃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括步驟 將水合反應(yīng)器中形成的水合物引入水合物化解器化解，形成氣體物流和液體物流，并將形成的液體物流引出水合物化解器經(jīng)液體循環(huán)泵升壓后 返回水合反應(yīng)器循環(huán)利用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法；其中；所述水合物化解器的操作壓力 為0.1 0.25MPa，操作溫度為8 23'C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引入水合反應(yīng)器的焦化氣 中甲垸的體積分率為0.10 0.60。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，引入水合反應(yīng)器的水合物工作 液的量與焦化氣的量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積比為1: 1~1: 50。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水合物工作液為油相溶液 與水相溶液按照體積比為1: 1~5: 1混合得到的混合乳液；優(yōu)選地，所述 油相溶液為凝點低于-2(TC且30'C時的飽和壓力低于0.05MPa的煤油、柴油 或硅油；所述水相溶液為含四氫呋喃質(zhì)量濃度10%~30%的水溶液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述水合物工作液中還含有表 面活性劑和/或動力學(xué)促進劑；以水合物工作液中的水相溶液的量為基準(zhǔn)， 所述表面活性劑的摩爾分率為0.5°/。~3%，該表面活性劑包括斯盤系列乳化 劑；所述動力學(xué)促進劑的含量為300ppm 1500ppm，該動力學(xué)促進劑包含十 二烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉中的一種或多種。
8. —種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述低壓處理煤炭焦化氣的方法的裝置， 該裝置主要包括一水合反應(yīng)器，該水合反應(yīng)器采用噴霧和篩板組合結(jié)構(gòu)， 水合反應(yīng)器的上部為噴霧區(qū)，噴霧區(qū)設(shè)置有用于噴出水合物工作液的噴嘴， 水合反應(yīng)器的下部設(shè)有多層篩板，且水合反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于移走反應(yīng)生成 熱的冷卻盤管；該水合反應(yīng)器的底部設(shè)有焦化氣入口以及水合物漿液出口 ， 頂部設(shè)有水合物工作液入口以及提濃氣體出口 ；所述水合物漿液出口設(shè)置 在水合反應(yīng)器的底部側(cè)邊，且在水合反應(yīng)器內(nèi)靠近該水合物漿液出口處的 下邊設(shè)置有多孔過濾板；優(yōu)選地，該過濾板向水合物漿液出口傾斜，過濾 板與水平面的夾角為5~15° ;該過濾板在水合反應(yīng)器水平面上的投影面積 占水合反應(yīng)器內(nèi)截面積的60%~75%;過濾板上每個開孔孔徑為3 8mm;更 優(yōu)選地，該過濾板上的開孔總面積占過濾板面積的5% 20%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，該裝置還包括一水合物化解器，所述水合物化解器設(shè)置有水合物漿液入口 ，該水合物漿液入口與水合反應(yīng)器的水合物槳液出口相連通；且水合物化解器頂部設(shè)置有用于引出氣體物流的氣體出口，底部設(shè)置有用于引出液體物流的液體出口；所述水合物化解器底部設(shè)置的液體出口與水合反應(yīng)器的水合物工作液入口相連通，且在該水合物化解器的液體出口與水合反應(yīng)器的水合物工作液入口之間的管路上設(shè) 置有一液體循環(huán)泵。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，在所述水合反應(yīng)器的水合物漿 液出口與水合物化解器的水合物漿液入口之間的管路上設(shè)置有第一換熱器 和第二換熱器，所述第一換熱器用于使原料煤炭焦化氣在進入水合反應(yīng)器 之前與從水合反應(yīng)器底部引出的水合物漿液之間交換熱量，所述第二換熱 器用于進一步加熱經(jīng)過第一換熱器的水合物漿液；在所述水合物化解器底 部的液體出口與水合反應(yīng)器的水合物工作液入口之間的管路上還設(shè)置有第 三換熱器，用以將化解后的液體物流經(jīng)過所述液體循環(huán)泵升壓后再通過該 第三換熱器降溫，然后返回水合反應(yīng)器作為水合物工作液循環(huán)利用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低壓處理煤炭焦化氣的方法，該方法包括步驟將焦化氣引入水合反應(yīng)器，與來自水合反應(yīng)器頂部的水合物工作液逆流接觸，使焦化氣中所含的甲烷與水合物工作液中的水發(fā)生水合反應(yīng)形成水合物，同時焦化氣中的氫氣被提濃得到高濃度氫氣；其中，所述水合反應(yīng)器的操作壓力為0.20～1.00MPa(絕對壓力)，操作溫度為3～15℃。所形成的水合物可進一步被引入水合物化解器化解，釋放出高濃度的甲烷氣體。本發(fā)明同時還涉及一種實現(xiàn)所述低壓處理煤炭焦化氣的方法的裝置。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)，可以在較低的壓力下分離焦化氣，得到高濃度的氫氣與高濃度的甲烷，從而降低過程的能耗和過程的操作難度，增加經(jīng)濟效益。
文檔編號C01B3/00GK101531337SQ20081010185
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者郭緒強, 陳光進 申請人:中國石油大學(xué)(北京)