一種利用炭黑尾氣制備合成天然氣的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種利用炭黑尾氣制備合成天然氣的工藝，炭黑尾氣經(jīng)鼓風(fēng)、除塵，CO變換，炭黑尾氣中的CO與水蒸氣變換生成H2和CO2，再經(jīng)冷卻除水、脫硫、增壓后進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，經(jīng)冷卻除水干燥后進(jìn)行甲烷提濃即得。本發(fā)明的有益效果：（1）首次提出工業(yè)規(guī)?；奶亢谖矚庵坪铣商烊粴夤に?，達(dá)到工業(yè)排放氣回收利用、節(jié)能減排、變廢為寶效果；（2）利用炭黑尾氣本身熱量、水蒸氣和硫化物，無需加熱、無需補(bǔ)充水蒸氣、無需冷卻，流程簡(jiǎn)便；（3）變換和甲烷化放出大量熱量，通過合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各操作單元熱量綜合利用，無需外界補(bǔ)充熱源，還副產(chǎn)高品質(zhì)蒸汽；（4）可生產(chǎn)高純度甲烷產(chǎn)品，處理后作為CNG、LNG或城市燃?xì)?，也可作化工原料?br> 【專利說明】—種利用炭黑尾氣制備合成天然氣的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及制備合成天然氣的工藝，尤其是一種利用炭黑尾氣制備合成天然氣的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]炭黑是氣態(tài)或液態(tài)的碳?xì)浠衔镌诳諝獠蛔愕臈l件下進(jìn)行不完全燃燒或熱裂分解所生成的無定形碳，為疏松、質(zhì)輕而極細(xì)的黑色粉末物質(zhì)，具有高度分散性，不溶于各種溶劑，相對(duì)密度1.8~2.1。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氫和硫以及其他雜質(zhì)和水分等，其微晶具有準(zhǔn)石墨結(jié)構(gòu)。
[0003]炭黑主要用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和填料，橡膠用炭黑占炭黑總量的90%，其中約70%用于輪胎制造，約80%的炭黑消耗量用于汽車工業(yè)。此外，也用作油墨的著色劑以及塑料制品的紫外光屏蔽劑。在許多其他制品，如電極、干電池、電阻器、炸藥、化妝品及拋光膏中，炭黑也是重要的助劑。
[0004]2012年全球炭黑需求量達(dá)到1160萬t，預(yù)計(jì)未來5年內(nèi)世界炭黑產(chǎn)量會(huì)逐年遞增4.6%。中國(guó)2012年炭黑產(chǎn)量達(dá)到376萬噸，需求量約385萬噸，比2011年增長(zhǎng)68萬噸，增速達(dá)21%。2012-2015年國(guó)內(nèi)炭黑產(chǎn)量復(fù)合增速在11%左右，2015年有望達(dá)到540萬噸。
[0005]炭黑的生產(chǎn)方法中技術(shù)較成熟的有槽法、爐法及熱解法。其中油爐法收率最高、能耗最少，其產(chǎn)量占炭黑總產(chǎn)量的95%以上。油爐法炭黑原料油分為三類:煉油廠副產(chǎn)的催化裂化澄清油、乙烯焦油和煤焦油。歐洲和美國(guó)炭黑原料油以澄清油為主，我國(guó)炭黑原料以煤焦油和乙烯焦油為主。
[0006]油爐法炭黑生產(chǎn)流程為:脫水后的燃料油經(jīng)油泵升壓，在蒸汽夾套油管內(nèi)升溫到110~130°C，再經(jīng)油嘴霧化噴射到反應(yīng)爐內(nèi)。冷空氣經(jīng)孔板流量計(jì)進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱到350~400°C進(jìn)入噴燃器與油霧充分混合后進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)。在燃料油的加熱下，反應(yīng)爐溫度維持在1300~1600°C。原料油在此高溫下裂解生成炭黑和含有C02、H2O, N2、過剩O2以及少量N0x、S0x和H2S等1700°C左右的高溫?zé)煔?。煙氣離開反應(yīng)爐后，立即噴入水急冷至900~1000°C，以終止反應(yīng)。急冷后的煙氣再經(jīng)兩級(jí)廢熱鍋爐冷卻至600~650°C，隨后進(jìn)入列管式冷卻器，使煙氣冷卻至450~550°C，進(jìn)入三級(jí)空氣預(yù)熱器，煙氣與空氣逆向流動(dòng)，煙氣溫度降到200~250°C，送入三級(jí)旋風(fēng)分離器，分離出大部分炭黑，尾氣經(jīng)風(fēng)冷器冷卻至80~140°C后進(jìn)入脈沖袋濾器中。經(jīng)過濾后尾氣由抽風(fēng)機(jī)抽吸至煙?排放。由旋風(fēng)分離器和脈沖袋濾器中收集的炭黑，由氣力輸送系統(tǒng)送入濕法造粒機(jī)中。濕的粒狀炭黑在回轉(zhuǎn)式干燥器中于燥，然后送入貯罐，以散裝或袋裝方式運(yùn)輸。
[0007]油爐法每生產(chǎn)I噸炭黑，產(chǎn)生3500m3含塵尾氣。按我國(guó)2012年炭黑產(chǎn)量376萬噸計(jì)，炭黑尾氣超過130億m3。目前炭黑企業(yè)對(duì)炭黑尾氣都未進(jìn)行處理，其利用主要是回收其中的高溫?zé)崃浚罅康奈矚庵苯优湃氪髿庵?，造成?yán)重的環(huán)境污染。
[0008]截止目前為止，國(guó)內(nèi)還無炭黑尾氣制合成天然氣的報(bào)道和使用。
[0009]中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)102120120A公開了一種炭黑尾氣的處理方法。用水對(duì)炭黑尾氣進(jìn)行洗滌，除去水汽和部分H2S氣體，再經(jīng)活性氧化鋁干燥后，用活性炭或碳分子篩采用變溫吸附裝置脫除H2S和SO2,再通過變壓吸附提純得到濃度99%的N2,剩余的廢氣供燃燒使用。
[0010]我國(guó)常規(guī)天然氣資源量約為35-38萬億Nm3，占世界總量的2% ;其中可采資源量10-12萬億Nm3，人均天然氣剩余可采儲(chǔ)量?jī)H相當(dāng)于世界平均水平的6%。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，目前在我國(guó)一次能源消費(fèi)中的比重僅為3.9%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界23.7%的平均水平。
[0011]隨著城市化的發(fā)展，我國(guó)天然氣消費(fèi)增速超過產(chǎn)量增速，進(jìn)口量逐年增加。2012年我國(guó)天然氣消費(fèi)量達(dá)到1471億Nm3，進(jìn)口天然氣394億Nm3。據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心預(yù)測(cè)，到2015年我國(guó)天然氣消費(fèi)量將增加到2600億Nm3，需進(jìn)口 750億Nm3 ;到2020年消費(fèi)量超過3000億Nm3，屆時(shí)約有40%依賴進(jìn)口。近年來國(guó)家鼓勵(lì)非常規(guī)天然氣的開發(fā)和生產(chǎn)，包括開展煤層氣、垃圾填埋氣、頁巖氣、焦?fàn)t氣等制備非常規(guī)天然氣的研究和開發(fā)，以彌補(bǔ)天然氣需求的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是在CO耐硫變換技術(shù)、甲燒化技術(shù)和甲燒提濃技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種適于工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的炭黑尾氣制備合成天然氣的工藝。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明工藝是將原料炭黑尾氣經(jīng)鼓風(fēng)、除塵，進(jìn)行CO變換，炭黑尾氣中的CO與水蒸氣變換生成H2和CO2 (反應(yīng)式1)，經(jīng)冷卻除水、脫硫，增壓后進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，再經(jīng)冷卻除水干燥后進(jìn)行甲烷提濃，即得合成天然氣。
[0014]其中，上述步驟中脫`硫后優(yōu)選的可進(jìn)行脫碳或同時(shí)進(jìn)行脫硫脫碳，經(jīng)增壓至
2.0-3.0MPa即進(jìn)行甲烷化反應(yīng)(反應(yīng)式2)、冷卻除水干燥、提濃即得。
[0015]上述工藝的整個(gè)反應(yīng)過程為:
CCHH2O — C02+H2(反應(yīng)式 I)
C0+3H2 — CH4+H20(反應(yīng)式 2)
為使水蒸汽仍處于氣態(tài)，本發(fā)明的原料氣炭黑尾氣溫度需要保持大于100°C。在專利申請(qǐng)102120120A中記載，炭黑尾氣的組成為CO:9~13%，H2: 12%,CO2:2~3%,N2:36~38%，H2O:36 ~40%, H2S:250 ~800mg/m3 同時(shí)還含有 SO2、SO3 等雜質(zhì)。
[0016]上述對(duì)原料炭黑尾氣的除塵可采用陶瓷過濾器過濾除塵或者采用布袋除塵，為克服系統(tǒng)阻力，除塵前采用鼓風(fēng)機(jī)對(duì)炭黑尾氣進(jìn)行增壓，根據(jù)除塵方法不同，所需增壓的大小也不一，一般為50_80kpa。陶瓷過濾器過濾除塵是將炭黑尾氣經(jīng)陶瓷過濾器后，氣體含塵量可降至5~10mg/Nm3，陶瓷過濾器過濾與反吹交替進(jìn)行，其中，炭黑尾氣的溫度對(duì)陶瓷過濾器的工作溫度無影響；布袋除塵是將炭黑尾氣進(jìn)入多臺(tái)并聯(lián)的布袋除塵器，除塵后的炭黑尾氣含塵量可降到50mg/Nm3以下。
[0017]經(jīng)除塵的炭黑尾氣，進(jìn)入CO變換，進(jìn)行變換反應(yīng)，變換反應(yīng)是指在催化劑作用下，CO與水蒸氣反應(yīng)生成CO2和H2，炭黑尾氣中水蒸氣的量相對(duì)其中含有的CO量是足夠的，無需補(bǔ)充水。變化反應(yīng)方程式為:
CCHH2O — C02+H2(反應(yīng)式 I)CO變換是煤化工生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是合成氨、甲醇及制氫工藝中重要的工藝過程。通過CO變換，在消耗大部分CO的同時(shí)轉(zhuǎn)換成有效氣體H2，為下游合成提供H2原料。變換反應(yīng)的深度是由炭黑尾氣中⑶和仏的量決定的。優(yōu)選的，要求通過控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，使變換后混合氣體中的H2量滿足后續(xù)甲烷化對(duì)H2的需求。更優(yōu)選的，原料氣中的氫氣量與變換反應(yīng)生成的氫氣量之和，可在后續(xù)甲烷化過程中將CO完全消耗，也就是說，經(jīng)變換后氣體中的總H2量至少是變換后剩余的CO氣量的三倍。[0018]優(yōu)選的，當(dāng)變換處理氣量大，致使反應(yīng)床層溫度高于催化劑允許溫度時(shí)，可采用本領(lǐng)域通用的分級(jí)進(jìn)料多級(jí)變換的方式來完成CO變換。
[0019]更具體地，在催化劑裝填量一定的情況下，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入變換反應(yīng)器的進(jìn)氣量，使變換反應(yīng)器進(jìn)出口溫差在50-70°C之間，氣體停留時(shí)間為30-50s，使CO的變換程度達(dá)到42-52%，從而達(dá)到控制變換反應(yīng)的深度。如果原料中CO和H2的量與專利申請(qǐng)102120120A中記載的有差異，采用相同的控制方法，使變換后氣體中的總H2量至少是變換后剩余的CO氣量的三倍即可。
[0020]上述變換采用本領(lǐng)域熟知的耐硫變換工藝，優(yōu)選低溫耐硫變換，變換進(jìn)氣溫度2000C -250°C，變換反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可利用變換后的氣體預(yù)熱變換原料進(jìn)氣，也可將變換后的高溫氣體用作其它用途，初始的炭黑尾氣進(jìn)氣可以利用炭黑廠原有的高溫氣換熱來進(jìn)行加熱。
[0021]CO變換后的混合氣體經(jīng)冷卻除水后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫，如上所述，脫硫后優(yōu)選的可進(jìn)行脫碳或同時(shí)進(jìn)行脫硫脫碳，其中更優(yōu)選的是同時(shí)進(jìn)行脫硫脫碳，可采用濕法脫硫脫碳，優(yōu)選化學(xué)溶劑醇胺吸收法，吸收劑優(yōu)選MEA (乙醇胺)，DGA (二乙醇二胺)、DEA (二乙醇胺)，DIPA (二異丙醇胺^PMDEA (甲基二乙醇胺)。采用醇胺溶液吸收法的優(yōu)點(diǎn)在于脫硫的同時(shí)，CO2—并被脫除，在后續(xù)工藝中可省略掉單獨(dú)的脫碳步驟。經(jīng)脫硫后總S含量低于 lmg/m3, CO2 含量低于 50 mg/m3。
[0022]脫硫脫碳后的氣體增壓至2.0-3.0MPa，并經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)行甲烷化，在催化劑作用下，氣體中的CO與H2反應(yīng)生成CH4和水。
[0023]所述的甲烷化反應(yīng)方程式為:
C0+3H2 — CH4+H20(反應(yīng)式 2)
甲烷化采用本 申請(qǐng)人:的中國(guó)發(fā)明專利一種利用焦?fàn)t氣制備合成天然氣的方法1919985A中的甲烷化技術(shù)，氣體進(jìn)氣溫度優(yōu)選為280°C _320°C，反應(yīng)壓力為2.0-3.0MPa,甲烷化為放熱反應(yīng)，可利用甲烷化后的熱氣體預(yù)熱原料進(jìn)氣，還可以副產(chǎn)蒸汽，所副產(chǎn)的蒸汽可用作本工藝的其它用途，也可用于發(fā)電。當(dāng)甲烷化處理氣量大，致使反應(yīng)床層溫度高于催化劑允許溫度時(shí)，可采用分級(jí)進(jìn)料多級(jí)甲烷化的方式實(shí)現(xiàn)，可采用本 申請(qǐng)人:的中國(guó)發(fā)明專利一種用于焦?fàn)t氣制備合成天然氣的方法101508922A中公開的技術(shù)。
[0024]經(jīng)過CO變換反應(yīng)控制，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)的氣體中，⑶和仏的量是匹配的，在甲烷化反應(yīng)中被絕大部分的消耗。經(jīng)甲烷化反應(yīng)后，炭黑尾氣中的CO和H2被轉(zhuǎn)化成CH4和水，還含有原有的N2、微量CO和H2。
[0025]經(jīng)甲烷化反應(yīng)出來的混合氣體經(jīng)冷卻，分離出液態(tài)水后進(jìn)行干燥，優(yōu)選固體吸附干燥法，干燥劑優(yōu)選分子篩或者硅膠，經(jīng)干燥后的混合氣體進(jìn)行甲烷提濃即可得到合成天然氣。[0026]甲烷提濃是采用分離的方法將CH4從混合氣體中分離并收集，分離方法優(yōu)選PSA法(變壓吸附法)或低溫分離法。對(duì)于低溫分離法，要求進(jìn)入低溫分離前對(duì)氣體再次增壓至4.0-5.0MPa,同時(shí)保證氣體中CO2體積百分含量低于50ppm,水體積百分含量低于IOppm,這通過上述的脫硫脫碳和干燥脫水是容易實(shí)現(xiàn)的。
[0027]上述的變壓吸附法提濃甲烷，可參照本 申請(qǐng)人:提出的中國(guó)發(fā)明專利85103557A“變壓吸附法富集煤礦瓦斯氣中甲烷”中的方法，也可參照其他現(xiàn)有技術(shù)中常用的變壓吸附法。
[0028]上述的低溫分離法是一種液化分餾工藝，可參照本 申請(qǐng)人:的中國(guó)專利1718680A “低溫分離提濃甲烷工藝”中的方法，也可參照其它現(xiàn)有技術(shù)中的低溫分離甲烷方法。
[0029]在上述原理的指導(dǎo)下，炭黑尾氣經(jīng)過除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)優(yōu)選為陶瓷過濾器或布袋過濾器，后進(jìn)入CO變換反應(yīng)器，優(yōu)選的為耐硫變換反應(yīng)器，更優(yōu)選的為低溫耐硫變換反應(yīng)器，進(jìn)入變換反應(yīng)器的進(jìn)氣溫度200°c -250°C，通過控制變換反應(yīng)器的進(jìn)氣量，使CO的變換程度達(dá)到42-52%，炭黑尾氣經(jīng)變換后，利用變換反應(yīng)放出的熱量加熱變換反應(yīng)器的進(jìn)氣，初始的進(jìn)入變換反應(yīng)器的炭黑尾氣進(jìn)氣可以利用炭黑廠原有的高溫氣換熱來進(jìn)行加熱。從變換反應(yīng)器出來的混合氣體經(jīng)冷凝、氣水分離后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)或脫硫脫碳系統(tǒng)，優(yōu)選的為濕法脫硫脫碳系統(tǒng)，更優(yōu)選的為化學(xué)溶劑醇胺吸收脫硫脫碳系統(tǒng)，具體地為從變換反應(yīng)器出來的混合氣體經(jīng)冷凝、氣水分離后從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；再生后的醇胺溶液(貧液)從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔，逆向流動(dòng)的醇胺溶液和混合氣體在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的H2S、S02、S03和CO2被吸收。吸收了酸性氣體的醇胺溶液稱為富液，至再生塔加熱再生。經(jīng)再生后酸性氣體從醇胺溶液富液中解析出來，經(jīng)冷卻后收集處理。再生后的醇胺溶液稱為貧液，出再生塔底部的貧液經(jīng)冷卻后進(jìn)入吸收塔頂部循環(huán)使用。脫硫脫碳后的氣體經(jīng)增壓至2.0-3.0MPa，并預(yù)熱后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行甲烷化，進(jìn)入甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)的氣體溫度優(yōu)選為280°C -320°C,甲烷化為放熱反應(yīng)，可利用甲烷化后的熱氣體預(yù)熱甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)的`進(jìn)氣，還可以副產(chǎn)蒸汽，出甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)的混合氣體經(jīng)冷卻，分離出液態(tài)水后進(jìn)入干燥系統(tǒng)，干燥系統(tǒng)由兩塔組成，其中一臺(tái)使用，另一臺(tái)再生，干燥劑優(yōu)選分子篩或者硅膠，經(jīng)干燥后混合氣體經(jīng)進(jìn)入甲烷提濃系統(tǒng)，最后制得合成天然氣。甲烷提濃采用PSA法(變壓吸附法)或低溫分離法。對(duì)于低溫分離法，要求進(jìn)入低溫分離前對(duì)氣體再次增壓至4.0-5.0MPa后進(jìn)入低溫分離系統(tǒng)分離出甲烷，制得液化天然氣(LNG)。
[0030]采用PSA法提濃后得到的合成天然氣經(jīng)過進(jìn)一步壓縮可制得壓縮天然氣(CNG)或城市燃?xì)狻?br> [0031]研究表明，炭黑尾氣中含有9-13%的CO，同時(shí)含有約40%的水蒸氣，經(jīng)變換后可得到 9-13%的H2,仏與⑶甲烷化可制得甲烷，我國(guó)每年排放的130億m3炭黑尾氣，經(jīng)回收利用可制得10億m3純甲烷產(chǎn)品。
[0032]經(jīng)本發(fā)明制得的合成天然氣熱值大于36MJ/ m3, 二氧化碳小于lOOppm，總硫低于10 mg/m3，其指標(biāo)明顯優(yōu)于GB 17820-2012《天然氣》中的規(guī)定，進(jìn)一步壓縮制得的壓縮天然氣的質(zhì)量指標(biāo)也明顯優(yōu)于GB18047-2000《壓縮天然氣》中的規(guī)定。
[0033]本發(fā)明的有益效果在于:
(I)首次提出能工業(yè)規(guī)?；奶亢谖矚庵坪铣商烊粴獾墓に?，利用現(xiàn)有成熟的單元技術(shù)，可靠性高、熱量利用率高的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到工業(yè)排放氣回收利用、節(jié)能減排、變廢為寶的效果;
(2)利用炭黑尾氣本身的熱量、水蒸氣和硫化物，直接進(jìn)入耐硫變換反應(yīng)器發(fā)生低溫耐硫變換反應(yīng)，無需加熱、無需補(bǔ)充水蒸氣、無需冷卻，流程簡(jiǎn)便；
(3)變換和甲烷化均放出大量熱量，通過對(duì)整個(gè)工藝流程的合理設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)操作單元熱量的綜合利用，無需外界補(bǔ)充熱源，還可副產(chǎn)高品質(zhì)蒸汽；
(4)炭黑尾氣經(jīng)本工藝后可生產(chǎn)高純度的甲烷產(chǎn)品，經(jīng)處理后作為CNG、LNG或城市燃?xì)鈱?duì)外銷售，也可用作化工生產(chǎn)原料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的工藝流程示意圖。
[0035]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0037]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0038]實(shí)施例1
根據(jù)目前油爐法生產(chǎn)炭黑工藝流程，經(jīng)三級(jí)旋風(fēng)分離器和脈沖袋濾器后，炭黑尾氣溫度降至80~140°C，此氣體為本發(fā)明的原料氣。
[0039]來自炭黑廠約140°C的炭黑尾氣(組成見表1)經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)增壓到80kpa，經(jīng)布袋過濾器除塵后，進(jìn)入變換反應(yīng)預(yù)熱器加熱到200°C，變換反應(yīng)氣出口溫度為250°C，氣體停留時(shí)間50s，該變換反應(yīng)預(yù)熱器是利用變換反應(yīng)放出的熱量加熱變換反應(yīng)進(jìn)氣，之后進(jìn)入耐硫變換反應(yīng)器，在常用耐硫變換催化劑作用下，氣體中42%的CO與水蒸氣發(fā)生耐硫變換反應(yīng)(見反應(yīng)式I)。反應(yīng)開始階段，利用炭黑廠高溫氣體或電加熱器加熱原料進(jìn)氣，反應(yīng)啟動(dòng)后，利用出變換反應(yīng)器的高溫混合氣體預(yù)熱原料進(jìn)氣，出變換預(yù)熱器的混合氣體主要成分為CO、C02、H2、N2和水蒸氣，該熱氣體用來加熱脫硫脫碳的富液進(jìn)一步回收熱量。經(jīng)降溫的混合氣體進(jìn)入冷卻器冷至常溫后進(jìn)入氣水分離器分離出液態(tài)水后進(jìn)入脫硫脫碳系統(tǒng)，本實(shí)施例選用的是化學(xué)溶劑醇胺吸收法脫硫脫碳系統(tǒng)，醇胺溶液選擇MEA (乙醇胺)。
[0040]出變換反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)冷凝器、氣水分離器后從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；再生后的MEA溶液(貧液)從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔，逆向流動(dòng)的MEA和混合氣體在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的H2S、SO2, SO3和CO2被吸收。
[0041]吸收了酸性氣體的MEA稱為富液，至再生塔加熱再生。經(jīng)再生后酸性氣體從MEA富液中解析出來，經(jīng)冷卻后收集。
[0042]再生后的MEA稱為貧液，出再生塔底部的貧液經(jīng)冷卻后進(jìn)入吸收塔頂部循環(huán)使用。[0043]脫硫脫碳后混合氣體增壓至2.0MPa,并加熱到280°C后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)開始階段，利用炭黑廠高溫氣體或電加熱器加熱原料進(jìn)氣，反應(yīng)啟動(dòng)后，利用出甲烷化反應(yīng)器的高溫混合氣體預(yù)熱原料進(jìn)氣，在200810046429.9中的甲烷化催化劑作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng)，其中的CO和H2發(fā)生甲烷化反應(yīng)生成甲烷和水(見反應(yīng)式2)。
[0044]甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)采用單臺(tái)甲烷化反應(yīng)器，甲烷化反應(yīng)后設(shè)置廢熱鍋爐回收熱量，副產(chǎn)蒸汽。
[0045]出甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)的混合氣體主要成分為CH4、N2和水蒸氣，另有少量未反應(yīng)完全的CO和H2。該混合氣體進(jìn)入冷卻器冷至常溫后進(jìn)入氣水分離器分離出液態(tài)水后，再進(jìn)入干燥系統(tǒng)脫水。
[0046]干燥系統(tǒng)由兩塔組成，其中一臺(tái)使用，另一臺(tái)再生，干燥劑選用分子篩，經(jīng)干燥后混合氣體進(jìn)入PSA提濃甲烷系統(tǒng)。
[0047]PSA系統(tǒng)由兩部分組成，即PSA1、PSA2。
[0048]PSAl由是由10臺(tái)吸附器和一系列程序控制閥門構(gòu)成的PSA系統(tǒng)，來自干燥器的氣體進(jìn)入PSAl濃縮甲烷。在PSA系統(tǒng)中，每臺(tái)吸附器在不同時(shí)間依次經(jīng)歷吸附(A)、多級(jí)均降(EiD)、置換(RP)、逆放(D)、抽空(V)、多級(jí)均升(EiR)、終充(FR);被吸附的甲烷組分通過逆放、抽空得到產(chǎn)品合成天然氣，同時(shí)吸附塔完成解吸過程。吸附廢氣再進(jìn)入PSA2濃縮甲烷。逆放和抽空的氣體大部分作為產(chǎn)品合成天然氣輸出界區(qū)，少部分加壓至0.15MPa后作為置換氣。置換廢氣送入原料氣壓縮機(jī)入口經(jīng)壓縮后再進(jìn)入PSAl。
[0049]PSA2由是由8臺(tái)吸附器和一系列程序控制閥門構(gòu)成的PSA系統(tǒng)。來自PSAl的吸附廢氣進(jìn)入PSA2再次濃縮甲烷，在PSA2系統(tǒng)中，每臺(tái)吸附器在不同時(shí)間依次經(jīng)歷吸附(A)、多級(jí)均降(EiD)、逆放(D)、抽空(V)、多級(jí)均升(EiR)、終充(FR);被吸附的組分通過逆放和抽空得到解吸，逆放和抽空的氣體進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)增壓后進(jìn)入PSAl系統(tǒng)。
[0050]采用本工藝制得的合成天然氣甲烷濃度93.03%，熱值36MJ/ m3。
[0051]表1原料炭黑尾氣的組成
【權(quán)利要求】
1.一種利用炭黑尾氣制備合成天然氣的工藝，其特征在于，原料炭黑尾氣經(jīng)鼓風(fēng)、除塵，進(jìn)行CO變換，炭黑尾氣中的CO與水蒸氣變換生成H2和CO2,經(jīng)冷卻除水、脫硫，增壓后進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，再經(jīng)冷卻除水干燥后進(jìn)行甲烷提濃，即得合成天然氣。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述原料炭黑尾氣的溫度大于100度。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述除塵采用陶瓷過濾器過濾除塵或者采用布袋除塵；陶瓷過濾器過濾除塵是將炭黑尾氣經(jīng)陶瓷過濾器后，陶濾器過濾與反吹交替進(jìn)行；布袋除塵是將炭黑尾氣進(jìn)入多臺(tái)并聯(lián)的布袋除塵器。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的CO變換采用耐硫變換，優(yōu)選低溫耐硫變換，變換進(jìn)氣溫度200°C _250°C，變換過程壓力為2.0-3.0Mpa，炭黑尾氣經(jīng)變換后，利用變換反應(yīng)放出的熱量加熱變換反應(yīng)進(jìn)氣，初始的炭黑尾氣進(jìn)氣利用炭黑廠原有的高溫氣換熱來進(jìn)行加熱，所述CO變換優(yōu)選采用分級(jí)進(jìn)料多級(jí)變換的方式。
5.如權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于，所述炭黑尾氣的CO變換反應(yīng)通過控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，使變換后混合氣體中的H2量滿足后續(xù)甲烷化對(duì)H2的需求，更優(yōu)選的，經(jīng)變換后氣體中的總H2量至少是變換后剩余的CO氣量的三倍。
6.如權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于，調(diào)節(jié)CO變換反應(yīng)進(jìn)氣量，使變換反應(yīng)器的進(jìn)出口溫差為50-70°C，氣體停留時(shí)間為30-50s，CO的變換程度達(dá)42_52%。
7.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，CO變換后的混合氣體經(jīng)冷卻除水后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫，優(yōu)選地在脫硫后脫碳或者在脫硫時(shí)脫碳，優(yōu)選濕法脫硫脫碳，更優(yōu)選化學(xué)溶劑醇胺吸收法，吸收劑優(yōu)選乙醇胺、二乙醇二胺、二乙醇胺、二異丙醇胺和甲基二乙醇胺。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述甲烷化反應(yīng)的氣體進(jìn)氣溫度為2800C -320°C,甲烷化反應(yīng)的壓力為2.0-3.0Mpa，利用甲烷反應(yīng)后的熱氣體預(yù)熱原料進(jìn)氣，或用于副產(chǎn)蒸汽，所述甲烷 化優(yōu)選采用分級(jí)進(jìn)料多級(jí)甲烷化。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的干燥采用吸附干燥，優(yōu)選固體吸附干燥法，干燥劑優(yōu)選分子篩或者硅膠。
10.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的甲烷提濃采用變壓吸附法提濃或低溫分離法提濃；所述采用低溫分離法提濃時(shí)，進(jìn)入低溫分離系統(tǒng)的氣體增壓至4.0-5.0MPa,氣體中CO2體積百分含量低于50ppm,水的體積百分含量低于lOppm。
【文檔編號(hào)】C10L3/08GK103497801SQ201310483191
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】陳耀壯, 李潔, 賴崇偉, 蔣貴仲, 雷菊梅 申請(qǐng)人:西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司