專利名稱：一種部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
合成天然氣(SNG)是一種清潔燃料，可以利用現(xiàn)有的管道和設(shè)施進(jìn)行供給，可以廣泛的替代天然氣。代用天然氣制備項(xiàng)目正在大面積上馬，但是配套的一氧化碳變換裝置還是采用合成甲醇工藝中所采用的耐硫部分變換裝置。雖然該流程能夠滿足目前工藝的需求，但是該發(fā)明可以更好的適用代用天然氣項(xiàng)目。耐硫部分變換的方法通常涉及一氧化碳和水蒸氣的變換反應(yīng)。通過(guò)變換反應(yīng)，氫碳比被調(diào)整到2. 05-2. 15。基本上，變換反應(yīng)過(guò)程包括以下反應(yīng)，為等體積反應(yīng)CCHH2O — C02+H2甲烷化反應(yīng)過(guò)程包括以下反應(yīng)，C0+3H2 — CH4+H20。現(xiàn)有工藝的一個(gè)共同熱點(diǎn)就是，耐硫化變換只能夠調(diào)節(jié)氫碳比，不能夠兼具甲烷化功能。由于經(jīng)過(guò)甲烷化反應(yīng)后，氣體體積減小。沒(méi)有甲烷化的一氧化碳變換工藝，送出的氣體體積龐大，對(duì)于后續(xù)的管道和設(shè)備的尺寸要求較大，增大了建設(shè)成本。同時(shí)對(duì)于甲烷化工段的壓縮機(jī)功率消耗也是比較大，增大了運(yùn)行成本。以上的缺陷將會(huì)影響甲烷化裝置的成本，并因此影響了 SNG在與石化天然氣的競(jìng)爭(zhēng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)，包括(A)總水煤氣入口 ；(D)混合反應(yīng)氣出口；(B) 一氧化碳變換區(qū)段，包括(Bi) 一氧化碳變換反應(yīng)器；(B2)第一水煤氣入口管道，將總水煤氣入口與一氧化碳變換反應(yīng)器流體聯(lián)通；和(B3)變換反應(yīng)氣出口管道，將一氧化碳變換反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口流體聯(lián)通；(C)甲烷化區(qū)段，包括(Cl)甲烷化反應(yīng)器，(C2)第二水煤氣入口管道，將總水煤氣入口與甲烷化反應(yīng)器流體聯(lián)通；和(C3)甲烷化反應(yīng)氣出口管道，將甲烷化反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口流體聯(lián)通；其中，一氧化碳變換區(qū)段和甲烷化區(qū)段為并聯(lián)。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器和/或甲烷化反應(yīng)器為絕熱反應(yīng)器。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器和/或甲烷化反應(yīng)器為軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)ο優(yōu)選地，一氧化碳變換區(qū)段進(jìn)一步包括變換路第一換熱器，設(shè)置在總水煤氣入口與一氧化碳變換反應(yīng)器之間；和變換路第三換熱器，設(shè)置在一氧化碳變換反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口之間。優(yōu)選地，一氧化碳變換區(qū)段進(jìn)一步包括變換路第一水分離器，設(shè)置在變換路第一換熱器與一氧化碳變換反應(yīng)器之間；和變換路第二水分離器，設(shè)置在變換路第三換熱器與混合反應(yīng)氣出口之間。優(yōu)選地，一氧化碳變換區(qū)段進(jìn)一步包括變換路第二換熱器，設(shè)置在變換路第一水分離器的下游管道與一氧化碳變換反應(yīng)器的出口管道交匯處，使所述變換路第一水分離器的下游管道中的所述第一水煤氣與所述一氧化碳變換反應(yīng)器的出口工藝氣換熱。優(yōu)選地，甲烷化區(qū)段進(jìn)一步包括甲烷化路第一換熱器，設(shè)置在總水煤氣入口與甲烷化反應(yīng)器之間；和甲烷化路第三換熱器，設(shè)置在甲烷化反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口之間。優(yōu)選地，甲烷化區(qū)段進(jìn)一步包括甲烷化路第一水分離器，設(shè)置在甲烷化路第一換熱器與甲烷化反應(yīng)器之間；和甲烷化路第二水分離器，設(shè)置在甲烷化路第三換熱器與混合反應(yīng)氣出口之間。甲烷化路第二換熱器，設(shè)置在甲烷化路第一水分離器的下游管道與甲烷化反應(yīng)器的出口管道交匯處，使在所述甲烷化路第一水分離器的下游管道中的第二水煤氣與所述甲烷化反應(yīng)器的出口工藝氣換熱。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括流量調(diào)節(jié)器，設(shè)置在變換反應(yīng)氣出口管道上和/或甲烷化反應(yīng)氣出口管道上。本發(fā)明還涉及一種部分甲烷化水煤氣變換方法，包括以下步驟將總水煤氣分流為第一水煤氣和第二水煤氣；第一水煤氣通入一氧化碳變換反應(yīng)器，進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)，得到第一工藝氣；第二水煤氣通入甲烷化反應(yīng)器，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到第二工藝氣；其中，一氧化碳變換反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器為并聯(lián)。優(yōu)選地，將第一工藝氣與第二工藝氣混合，得到混合工藝氣。優(yōu)選地，第一水煤氣占總水煤氣的總體積流量的20% -80%,優(yōu)選60% 80%。優(yōu)選地，第一水煤氣調(diào)節(jié)為以體積計(jì)水汽比為(1 2) 1，優(yōu)選(1.1 1.2) 1。優(yōu)選地，第二水煤氣調(diào)節(jié)為以體積計(jì)水汽比為(0.4 0.6) 1，最優(yōu)選0.5 1。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器和/或甲烷化反應(yīng)器為絕熱反應(yīng)器。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器和/或甲烷化反應(yīng)器為軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)
ο優(yōu)選地，總水煤氣來(lái)自煤氣化裝置。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器和/或甲烷化反應(yīng)器運(yùn)行壓力為50 60巴，優(yōu)選55 巴。
優(yōu)選地，混合工藝氣通入到另一甲烷化裝置。采用該系統(tǒng)和方法，使煤制合成天然氣總體投資和運(yùn)行成本降低。


圖1是本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式的工藝圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，在不矛盾或沖突的情況下，本發(fā)明的所有實(shí)施例、實(shí)施方式以及特征
可以相互組合。在本發(fā)明中，所有的設(shè)備、裝置、部件等，既可以商購(gòu)，也可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容自制。在本發(fā)明中，為了突出本發(fā)明的重點(diǎn)，對(duì)一些常規(guī)的操作和設(shè)備、裝置、部件進(jìn)行的省略，或僅作簡(jiǎn)單描述。在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“一氧化碳變換區(qū)段”、“一氧化碳變換工段”和“一氧化碳變換路”可以互換使用，是指進(jìn)行一氧化碳變換的工段，并可以簡(jiǎn)稱為“變換區(qū)段”、“變換工段” 或“變換路”。 在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“甲烷化區(qū)段”、“甲烷化工段”和“甲烷化路”可以互換使用，是指進(jìn)行甲烷化的工段。而本發(fā)明將部分甲烷化反應(yīng)提前至變換工段進(jìn)行，由于甲烷化反應(yīng)后氣體體積明顯減小，所以能夠有效的減小出變化工段工藝氣的體積，可以降低后續(xù)工段管道和設(shè)備的尺寸，降低建設(shè)成本。同時(shí)由于減小了進(jìn)入甲烷化工段的工藝氣體積，所以可以降低甲烷化工段壓縮機(jī)的功率消耗。所以，也降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本。本發(fā)明要解決的根本問(wèn)題是提供一種更具成本效益和競(jìng)爭(zhēng)的方法，該方法既能夠通過(guò)變換調(diào)節(jié)氫碳比，還能夠通過(guò)耐硫甲烷化縮小輸送氣體的體積。更具體地，本發(fā)明旨在將甲烷化反應(yīng)提前進(jìn)行，減少出變換裝置的變換氣的體積，降低后續(xù)管道、設(shè)備的尺寸，降低總體投資。本發(fā)明的基本思想是將甲烷化反應(yīng)前移到變換工段并且實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)氫碳比功能。從而，通過(guò)一種部分甲烷化水煤氣變換方法解決上述問(wèn)題，所述方法包括下述步驟將氣化裝置來(lái)的水煤氣分成兩路分別通入到兩個(gè)并列的絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，以便于將一氧化碳變換和甲烷化分開(kāi)進(jìn)行，其特征在于，所述的過(guò)程既能很好的控制甲烷化和一氧化碳變換反應(yīng)的進(jìn)行，又能實(shí)現(xiàn)氫碳比的有效調(diào)節(jié)。在優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中，水煤氣被分為兩股水煤氣流，每股所述的水煤氣流分別輸入到變換路和甲烷化路中。更優(yōu)選，每股水煤氣流占可用的全部水煤氣的20% -80%。典型的安排是，兩個(gè)并列的反應(yīng)器中，分出73%的水煤氣到變換路，27%的水煤氣到甲烷化路。水煤氣的分配比例取決于催化劑的類型和要求的氣體的質(zhì)量(甲烷含量和氫碳比)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，氣體的分配是按照下述的方式進(jìn)行的在一氧化碳變換氣與甲烷化氣匯合處加裝一流量控制閥，該閥既可以安裝在變換路也可以安裝在甲烷化路，該閥主要目的是控制兩路氣體的分配。
由于本發(fā)明，經(jīng)過(guò)甲烷化后能夠有效將變換氣體積減小，可以減小后續(xù)工段輸送管道和設(shè)備的尺寸，有效降低投資成本。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于本發(fā)明將部分甲烷化提前至變換工段進(jìn)行，可以將熱量合理分配，降低甲烷化工段熱回收的負(fù)荷。同時(shí)還可以提高變換工段副產(chǎn)蒸汽的品質(zhì)和等級(jí)。應(yīng)該指出，熱回收不會(huì)受到本發(fā)明的影響，即副產(chǎn)蒸汽的生產(chǎn)跟現(xiàn)有技術(shù)方法相同。上述的所有優(yōu)點(diǎn)使得煤制合成天然氣(SNG)的項(xiàng)目總體投資和運(yùn)行成本降低，與石化天然氣的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更為明顯。本發(fā)明特別適用于通過(guò)生物質(zhì)或者煤氣化制備SNG。本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面優(yōu)選的示例性和非限制性具體實(shí)施例的描述并根據(jù)附圖，將更加顯而易見(jiàn)。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)，包括(A)總水煤氣入口 ；(D)混合反應(yīng)氣出口；(B) 一氧化碳變換區(qū)段，包括(Bi) 一氧化碳變換反應(yīng)器；(B2)第一水煤氣入口管道，將總水煤氣入口與一氧化碳變換反應(yīng)器流體聯(lián)通，(B3)變換反應(yīng)氣出口管道，將一氧化碳變換反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口流體聯(lián)通；(C)甲烷化區(qū)段，包括(Cl)甲烷化反應(yīng)器，(C2)第二水煤氣入口管道，將總水煤氣入口與甲烷化反應(yīng)器流體聯(lián)通，(C3)甲烷化反應(yīng)氣出口管道，將甲烷化反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口流體聯(lián)通；其中，一氧化碳變換區(qū)段和甲烷化區(qū)段為并聯(lián)。優(yōu)選地，(Bi) 一氧化碳變換反應(yīng)器和/或(Cl)甲烷化反應(yīng)器為絕熱反應(yīng)器。優(yōu)選地，(Bi) —氧化碳變換反應(yīng)器和/或(Cl)甲烷化反應(yīng)器為軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)器。優(yōu)選地，一氧化碳變換區(qū)段進(jìn)一步包括變換路第一換熱器，設(shè)置在總水煤氣入口與一氧化碳變換反應(yīng)器之間；和/或變換路第三換熱器，設(shè)置在一氧化碳變換反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口之間。優(yōu)選地，一氧化碳變換區(qū)段進(jìn)一步包括變換路第一水分離器，設(shè)置在變換路第一換熱器與一氧化碳變換反應(yīng)器之間；和 /或變換路第二水分離器，設(shè)置在變換路第三換熱器與混合反應(yīng)氣出口之間。優(yōu)選地，一氧化碳變換區(qū)段進(jìn)一步包括變換路第二換熱器，設(shè)置在變換路第一水分離器的下游管道與一氧化碳變換反應(yīng)器的出口管道交匯處，使第一水煤氣與一氧化碳變換反應(yīng)器的出口工藝氣換熱。優(yōu)選地，甲烷化區(qū)段進(jìn)一步包括甲烷化路第一換熱器，設(shè)置在總水煤氣入口與甲烷化反應(yīng)器之間；和/或甲烷化路第三換熱器，設(shè)置在甲烷化反應(yīng)器與混合反應(yīng)氣出口之間。優(yōu)選地，甲烷化區(qū)段進(jìn)一步包括
甲烷化路第一水分離器，設(shè)置在甲烷化路第一換熱器與甲烷化反應(yīng)器之間；和/ 或甲烷化路第二水分離器，設(shè)置在甲烷化路第三換熱器與混合反應(yīng)氣出口之間。優(yōu)選地，甲烷化區(qū)段進(jìn)一步包括甲烷化路第二換熱器，設(shè)置在甲烷化路第一水分離器的下游管道與甲烷化反應(yīng)器的出口管道交匯處，使甲烷化路第一水分離器下游的第二水煤氣與甲烷化反應(yīng)器的出口工藝氣換熱。優(yōu)選地，總水煤氣入口連接至煤氣化裝置。本發(fā)明的另一方面涉及一種部分甲烷化水煤氣變換方法，包括以下步驟將總水煤氣分流為第一水煤氣和第二水煤氣；第一水煤氣通入一氧化碳變換反應(yīng)器，進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)；第二水煤氣通入甲烷化反應(yīng)器，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)；其中，一氧化碳變換反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器為并聯(lián)。本發(fā)明的另一方面涉及一種部分甲烷化水煤氣變換方法，包括以下步驟將總水煤氣分流為第一水煤氣和第二水煤氣；第一水煤氣通入一氧化碳變換區(qū)段，一氧化碳變換區(qū)段包括一氧化碳變換反應(yīng)器，在其中進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)；第二水煤氣通入甲烷化區(qū)段，甲烷化區(qū)段包括甲烷化反應(yīng)器，在其中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)；其中，一氧化碳變換區(qū)段和甲烷化區(qū)段為并聯(lián)。優(yōu)選地，將一氧化碳變換反應(yīng)后的第一工藝氣與甲烷化反應(yīng)后的第二工藝氣混合，得到混合工藝氣。優(yōu)選地，第一水煤氣占總水煤氣的總體積流量的60 % 80 %，優(yōu)選60 % 80 %。優(yōu)選地，第一水煤氣調(diào)節(jié)為以體積計(jì)水汽比為(1 2) 1，優(yōu)選(1.1 1.2) 1。優(yōu)選地，第二水煤氣調(diào)節(jié)為以體積計(jì)水汽比為(0.4 0.6) 1，優(yōu)選0.5 1。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器和/或甲烷化反應(yīng)器為絕熱反應(yīng)器。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器和/或甲烷化反應(yīng)器為軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)
ο優(yōu)選地，混合工藝氣通入到另一甲烷化裝置。甲烷化包括以下反應(yīng)C0+3H2 — CH4+H20。下面參照附圖1對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明的部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)包括并聯(lián)的一氧化碳變換區(qū)段 100和甲烷化區(qū)段200。如圖1所示，部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)包括總水煤氣入口 110、一氧化碳變換區(qū)段100、甲烷化區(qū)段200以及混合反應(yīng)氣出口 202。一氧化碳變換區(qū)段100和甲烷化區(qū)段200為并聯(lián)。如圖1所示，一氧化碳變換區(qū)段100包括一氧化碳變換反應(yīng)器101、第一水煤氣入口管道120、140和變換反應(yīng)氣出口管道160、180。
一氧化碳變換反應(yīng)器101可以是絕熱反應(yīng)器。一氧化碳變換反應(yīng)器101本身是已知的，例如，可以是軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)器。一氧化碳變換反應(yīng)器101內(nèi)帶有適當(dāng)催化劑，用于催化一氧化碳變換反應(yīng)。在一氧化碳變換反應(yīng)器101的上游設(shè)置有變換路第一水分離器(冷凝液分離器)121。相對(duì)于變換路第一水分離器121，第一水煤氣入口管道120、140包括(或分為) 變換路第一水分離器121的上游管道120和變換路第一水分離器121的下游管道140。從而相應(yīng)地，變換路第一水分離器121的下游管道140中容納有分離了冷凝水的第一水煤氣 14。在變換路第一水分離器121的上游管道120上，設(shè)置有變換路第一換熱器(熱水/蒸汽管道的熱交換器)111。換句話說(shuō)，變換路第一換熱器111設(shè)置在總水煤氣入口 110與變換路第一水分離器121之間。一氧化碳變換區(qū)段100還包括變換路第二換熱器112，設(shè)置在變換路第一水分離器121的下游管道140與一氧化碳變換反應(yīng)器101的出口管道160交匯處，使分離了冷凝水的第一水煤氣14與一氧化碳變換反應(yīng)器101的出口工藝氣16換熱。第一水煤氣14在進(jìn)入一氧化碳變換反應(yīng)器101前，在變換路第二換熱器112中與一氧化碳變換反應(yīng)器101 的出口工藝氣16換熱，獲取熱量，可以保證一定過(guò)熱度。一氧化碳變換區(qū)段100還包括變換路第二水分離器(冷凝液分離器)122，設(shè)置在一氧化碳變換反應(yīng)器101的下游。類似地，相對(duì)于變換路第二水分離器122，變換反應(yīng)氣出口管道160、180包括(或分為)變換路第二水分離器122的上游管道160(即一氧化碳變換反應(yīng)器101的出口管道160)和變換路第二水分離器122的下游管道180。一氧化碳變換區(qū)段100還包括變換路變換路第三換熱器113，設(shè)置在變換路第二換熱器112與變換路第二水分離器122之間。如圖1所示，甲烷化區(qū)段200與一氧化碳變換區(qū)段100的設(shè)置類似。甲烷化區(qū)段 200包括甲烷化反應(yīng)器201、第二水煤氣入口管道130、150以及甲烷化反應(yīng)氣出口管道170、 190。甲烷化反應(yīng)器201可以是絕熱反應(yīng)器。甲烷化反應(yīng)器201本身是已知的，例如，可以是軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)器。甲烷化反應(yīng)器201內(nèi)帶有適當(dāng)催化劑，用于催化甲烷化反應(yīng)。甲烷化反應(yīng)器201的上游設(shè)置有甲烷化路第一水分離器(冷凝液分離器)221。相對(duì)于甲烷化路第一水分離器221，第二水煤氣入口管道130、150包括(或分為)甲烷化路第一水分離器221的上游管道130和甲烷化路第一水分離器221的下游管道150。從而相應(yīng)地，甲烷化路第一水分離器221的下游管道150中容納有分離了冷凝水的第二水煤氣15。 在甲烷化路第一水分離器221的上游管道130上，設(shè)置有甲烷化路第一換熱器(熱水/蒸汽管道的熱交換器)211。換句話說(shuō)，甲烷化路第一換熱器211設(shè)置在總水煤氣入口 110與甲烷化路第一水分離器221之間。甲烷化區(qū)段200還包括甲烷化路第二換熱器212，設(shè)置在甲烷化路第一水分離器 221的下游管道150與甲烷化反應(yīng)器201的出口管道170交匯處，使分離了冷凝水的第二水煤氣15與甲烷化反應(yīng)器201的出口工藝氣17換熱。第二水煤氣15在進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器201前，在甲烷化路第二換熱器212中與甲烷化反應(yīng)器201的出口工藝氣17換熱，獲取熱量，可以保證一定過(guò)熱度。
甲烷化區(qū)段200還包括甲烷化路第二水分離器222，設(shè)置在甲烷化反應(yīng)器201的下游。類似地，相對(duì)于甲烷化路第二水分離器222，甲烷化反應(yīng)氣出口管道170、190包括(或分為)甲烷化路第二水分離器222的上游管道170(即甲烷化反應(yīng)器201的出口管道170) 和甲烷化路第二水分離器222的下游管道190。甲烷化區(qū)段200還包括甲烷化路第三換熱器213，設(shè)置在甲烷化路第二換熱器212與甲烷化路第二水分離器222之間。本發(fā)明的系統(tǒng)還可以設(shè)置有流量調(diào)節(jié)器(如流量調(diào)節(jié)閥)302，用于調(diào)節(jié)水煤氣的分配比例。例如，流量調(diào)節(jié)器302可以設(shè)置在變換反應(yīng)氣出口管道與甲烷化反應(yīng)氣出口管道匯合處上游變換反應(yīng)氣出口管道180上和/或甲烷化反應(yīng)氣出口管道190上。如圖所示，流量調(diào)節(jié)器(如流量調(diào)節(jié)閥)302設(shè)置在甲烷化反應(yīng)氣出口管道190上，即甲烷化路第二水分離器222的下游管道190上。當(dāng)然，圖1所示只是示例性的，流量調(diào)節(jié)器(如流量調(diào)節(jié)閥)302也可以設(shè)置在變換反應(yīng)氣出口管道180上，即變換路第二水分離器122的下游管道180上。或者，變換反應(yīng)氣出口管道180上和甲烷化反應(yīng)氣出口管道190上均設(shè)置有流量調(diào)節(jié)器(如流量調(diào)節(jié)閥)302。下面參照附圖1對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，總水煤氣11經(jīng)總水煤氣入口 110通入，分流為第一水煤氣12和第二水煤氣13。第一水煤氣12進(jìn)入一氧化碳變換區(qū)段100 ；第二水煤氣13進(jìn)入甲烷化區(qū)段 200。優(yōu)選地，第一水煤氣12占總水煤氣11的總體積流量的20% _80%，優(yōu)選60% 80%。第一水煤氣12和第二水煤氣13分別經(jīng)一氧化碳變換區(qū)段100和甲烷化區(qū)段200 反應(yīng)后得到一氧化碳變換反應(yīng)后的第一工藝氣18和甲烷化反應(yīng)后的第二工藝氣19。第一工藝氣18和第二工藝氣19匯合(混合)得到混合工藝氣20。混合工藝氣20經(jīng)混合反應(yīng)氣出口 202通入到下游另一甲烷化裝置(未示出)。為了能夠更好的控制反應(yīng)器中反應(yīng)的進(jìn)行，第一水煤氣12通過(guò)變換路第一換熱器(廢熱鍋爐)111及變換路第一水分離器121調(diào)節(jié)水汽比后方進(jìn)入一氧化碳變換反應(yīng)器 101。優(yōu)選地，第一水煤氣調(diào)節(jié)為水汽比為(1 2) 1，最優(yōu)選(1. 1 1. 2) 1。為了保證一定過(guò)熱度，第一水煤氣14在進(jìn)入一氧化碳變換反應(yīng)器101前，在變換路第二換熱器112中與一氧化碳變換反應(yīng)器101的出口工藝氣16換熱，獲取熱量。優(yōu)選地， 一氧化碳變換反應(yīng)器101的進(jìn)口氣體(第一水煤氣)14的溫度為240-300°C。優(yōu)選地，一氧化碳變換反應(yīng)器101的出口氣體(第一工藝氣或變換反應(yīng)氣)16的溫度為約400-600°C。經(jīng)過(guò)變換反應(yīng)后的第一工藝氣(變換反應(yīng)氣)16，溫度很高(例如為420°C)，在變換路第二換熱器112、變換路第三換熱器113中冷卻，并經(jīng)過(guò)變換路第二水分離器(冷凝液分離器)122分離冷凝液后，得到冷的第一工藝氣(變換反應(yīng)氣)18。為了能夠更好的控制反應(yīng)器中反應(yīng)的進(jìn)行，第二水煤氣13通過(guò)甲烷化路第一換熱器(廢熱鍋爐)211及甲烷化路第一水分離器221調(diào)節(jié)水汽比后方進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器 201。優(yōu)選地，第二水煤氣調(diào)節(jié)為水汽比(體積比)為(0.4 0.6) 1，最優(yōu)選0.5 1。為了保證一定過(guò)熱度，第二水煤氣15在進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器201前，在甲烷化路第二換熱器212中與甲烷化反應(yīng)器201的出口工藝氣17換熱，獲取熱量。經(jīng)過(guò)甲烷化反應(yīng)后的第二工藝氣(甲烷化反應(yīng)氣)17，，例如為600°C，在甲烷化路第二換熱器212、甲烷化路第三換熱器213中冷卻，并經(jīng)過(guò)甲烷化路第二水分離器222分離冷凝液后，得到冷的第二工藝氣(甲烷化反應(yīng)氣)19。冷卻的第一工藝氣18和冷卻的第二工藝氣19混合，得到混合工藝氣20。混合工藝氣20可以通入到下游另一甲烷化裝置(另一甲烷化工段)，進(jìn)行進(jìn)一步甲烷化反應(yīng)。反應(yīng)器101、201本身是已知的，例如，帶有適當(dāng)催化劑的軸向或軸徑向流動(dòng)反應(yīng)器，氣在大約56巴大氣壓，進(jìn)口氣體溫度240-300°C和出口溫度約400-600°C下運(yùn)行。熱交換器112和212分別從反應(yīng)器101和201中接收熱氣，并可作為高壓蒸汽鍋爐使用，或根據(jù)需要，提供水預(yù)熱或者蒸汽過(guò)熱功能。熱水/蒸汽管道的熱交換器111、112、113、211、212、 213如圖1所示。如圖1所示，水煤氣流11平行分配到反應(yīng)器101和201中。為了能夠更好的控制兩個(gè)反應(yīng)器中反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)入反應(yīng)器101和201前，水煤氣需要通過(guò)廢熱鍋爐及分離器調(diào)節(jié)水汽比后方進(jìn)入反應(yīng)器。優(yōu)選的各氣流12、13的摩爾流量是總水煤氣11的40-60%。本發(fā)明可由下面實(shí)施例說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例實(shí)施例1采用本發(fā)明圖1的流程。總水煤氣入口濕基流量789436Nm3，干基流量332098Nm3。第一工藝氣18占總水煤氣的總體積流量的83%。第一水煤氣調(diào)節(jié)為水汽比為1.1 1(體積比)。第二水煤氣調(diào)節(jié)為水汽比為0.5 1(體積比)。混合反應(yīng)氣干基體積流量為3953^Nm3。比較例1采用常規(guī)的流程，不進(jìn)行部分甲烷化，僅進(jìn)行一氧化碳變換?？偹簹馊肟诹髁颗c實(shí)施例1相同。傳統(tǒng)變換送出的干基體積流量為442394Nm3。由以上數(shù)據(jù)可以看出，采用本發(fā)明的方式，反應(yīng)后出口氣干基體積流量為 395329Nm3,送出的體積流量為傳統(tǒng)的89%。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他具體實(shí)施方式
，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍；在不背離本發(fā)明精神的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員凡是依本發(fā)明內(nèi)容所做出各種相應(yīng)的變化與修改，都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)，包括(A)總水煤氣入口(110)； (D)混合反應(yīng)氣出口 (202)；(B)一氧化碳變換區(qū)段(100)，包括 (Bi) 一氧化碳變換反應(yīng)器(101)；(B2)第一水煤氣入口管道(120，140)，將所述總水煤氣入口(110)與所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)流體聯(lián)通；和(B3)變換反應(yīng)氣出口管道(160，180)，將所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)與所述混合反應(yīng)氣出口(202)流體聯(lián)通；(C)甲烷化區(qū)段000)，包括 (Cl)甲烷化反應(yīng)器(201)，(C2)第二水煤氣入口管道(130，150)，將所述總水煤氣入口(110)與所述甲烷化反應(yīng)器(201)流體聯(lián)通；和(C3)甲烷化反應(yīng)氣出口管道(170，190)，將所述甲烷化反應(yīng)器O01)與所述混合反應(yīng)氣出口(202)流體聯(lián)通；其中，所述一氧化碳變換區(qū)段(100)和所述甲烷化區(qū)段(200)為并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)和/或所述甲烷化反應(yīng)器O01)為絕熱反應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)和/或所述甲烷化反應(yīng)器O01)為軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一氧化碳變換區(qū)段(100)進(jìn)一步包括 變換路第一換熱器(111)，設(shè)置在所述總水煤氣入口(110)與所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)之間；和變換路第三換熱器(113)，設(shè)置在所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)與所述混合反應(yīng)氣出口 (202)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述一氧化碳變換區(qū)段(100)進(jìn)一步包括 變換路第一水分離器(121)，設(shè)置在所述變換路第一換熱器(111)與所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)之間；和變換路第二水分離器(122)，設(shè)置在所述變換路第三換熱器(11 與所述混合反應(yīng)氣出口 (202)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，一氧化碳變換區(qū)段(100)進(jìn)一步包括變換路第二換熱器(112)，設(shè)置在所述變換路第一水分離器(121)的下游管道(140) 與所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)的出口管道(160)交匯處，使所述變換路第一水分離器 (121)的下游管道(140)中的所述第一水煤氣(14)與所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)的出口工藝氣(16)換熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述甲烷化區(qū)段(200)進(jìn)一步包括甲烷化路第一換熱器011)，設(shè)置在所述總水煤氣入口(110)與所述甲烷化反應(yīng)器 (201)之間；和甲烷化路第三換熱器013)，設(shè)置在所述甲烷化反應(yīng)器O01)與所述混合反應(yīng)氣出口(202)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述甲烷化區(qū)段(200)進(jìn)一步包括甲烷化路第一水分離器021)，設(shè)置在所述甲烷化路第一換熱器011)與所述甲烷化反應(yīng)器O01)之間；和甲烷化路第二水分離器022)，設(shè)置在所述甲烷化路第三換熱器(21 與所述混合反應(yīng)氣出口 (202)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述甲烷化區(qū)段(200)進(jìn)一步包括甲烷化路第二換熱器012)，設(shè)置在所述甲烷化路第一水分離器(121)的下游管道 (150)與所述甲烷化反應(yīng)器(201)的出口管道(170)交匯處，使在所述甲烷化路第一水分離器(121)的下游管道(150)中的第二水煤氣(15)與所述甲烷化反應(yīng)器O01)的出口工藝氣(17)換熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括流量調(diào)節(jié)器(30 ，設(shè)置在所述變換反應(yīng)氣出口管道上和/或所述甲烷化反應(yīng)氣出口管道上。
11.一種部分甲烷化水煤氣變換方法，包括以下步驟將總水煤氣(11)分流為第一水煤氣(1 和第二水煤氣(13)；所述第一水煤氣(1 通入一氧化碳變換反應(yīng)器(101)，進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)，得到第一工藝氣(18)；所述第二水煤氣(13)通入甲烷化反應(yīng)器001)，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到第二工藝氣 (19)；其中，所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)和所述甲烷化反應(yīng)器O01)為并聯(lián)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，將所述第一工藝氣(18)與所述第二工藝氣 (19)混合，得到混合工藝氣(20)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一水煤氣(1 占所述總水煤氣(11)的總體積流量的20% -80%,優(yōu)選60% 80%。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一水煤氣(1 調(diào)節(jié)為以體積計(jì)水汽比為(1 2) 1，優(yōu)選(1. 1 1. 2) 1。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第二水煤氣(1 調(diào)節(jié)為以體積計(jì)水汽比為(0.4 0.6) 1，最優(yōu)選 0.5 1。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)和/或所述甲烷化反應(yīng)器O01)為絕熱反應(yīng)器。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)和/或所述甲烷化反應(yīng)器O01)為軸流式反應(yīng)器或軸徑式反應(yīng)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述總水煤氣(11)來(lái)自煤氣化裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述一氧化碳變換反應(yīng)器(101)和/或所述甲烷化反應(yīng)器O01)運(yùn)行壓力為50 60巴，優(yōu)選55巴。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述混合工藝氣00)通入到另一甲烷化裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種部分甲烷化水煤氣變換系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括(A)總水煤氣入口(110)；(B)一氧化碳變換區(qū)段(100)，包括(B1)一氧化碳變換反應(yīng)器(101)；(B2)第一水煤氣入口管道(120，140)；和(B3)變換反應(yīng)氣出口管道(160，180)；(C)甲烷化區(qū)段(200)，包括(C1)甲烷化反應(yīng)器(201)，(C2)第二水煤氣入口管道(130，150)；和(C3)甲烷化反應(yīng)氣出口管道(170，190)；其中，一氧化碳變換區(qū)段(100)和甲烷化區(qū)段(200)為并聯(lián)。采用該系統(tǒng)，能夠使煤制合成天然氣總體投資和運(yùn)行成本降低。
文檔編號(hào)C10L3/08GK102433180SQ20111033834
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉杰 申請(qǐng)人:中國(guó)神華煤制油化工有限公司, 中國(guó)神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司, 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司