電石爐尾氣制備天然氣的方法和采用該方法的生產(chǎn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電石爐尾氣制備天然氣的方法及采用這種方法產(chǎn)生天然氣的生產(chǎn)裝置，所述方法以電石爐尾氣為原料，經(jīng)過凈化后送入甲烷化裝置，將焦?fàn)t煤氣送入所述甲烷化裝置中，依靠原料氣中的氫對(duì)原料氣中的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，生成甲烷，從甲烷化反應(yīng)后的氣體中分離出氮?dú)?，形成由甲烷組成的天然氣，所述電石爐尾氣和所述焦?fàn)t煤氣之間的體積比優(yōu)選為1:11-13，所述生產(chǎn)裝置包括相互連接的甲烷化裝置和氮分離裝置，所述氮分離裝置的氮?dú)獬隹诮尤敫上ń沟牡獨(dú)庋h(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明工藝設(shè)計(jì)合理，成本低，實(shí)現(xiàn)了電石爐尾氣的資源化利用，避免了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】電石爐尾氣制備天然氣的方法和采用該方法的生產(chǎn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電石爐尾氣制備天然氣的方法及采用該方法生產(chǎn)天然氣的生產(chǎn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電石爐尾氣是在電石生產(chǎn)過程中排放的廢氣，據(jù)悉目前我國(guó)每年產(chǎn)生的電石爐尾氣超過150億立方米，絕大部分都被放空或“點(diǎn)天燈”，由于電石爐尾氣的主要成分為一氧化碳并含有一定比例的氮?dú)猓藗冊(cè)鴩L試將其直接作為燃料氣使用，但因其燃燒熱值較低，大約僅為5.23-5.86 MJ/Nm3,除了現(xiàn)場(chǎng)使用外，不宜長(zhǎng)距離輸送，另外人們也嘗試了從電石爐尾氣中提純一氧化碳或進(jìn)而制備二氧化碳，但實(shí)際中也存在較大的技術(shù)難度和較高的成本。因此，如何為電石爐尾氣找到可行的資源化利用的途徑就成為擺在人們面前的一個(gè)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種電石爐尾氣制備天然氣的方法，還提供了采用這種方法制備天然氣的生產(chǎn)裝置，以期為電石爐尾氣找到一種可行的資源化利用的途徑，避免或減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種電石爐尾氣制備天然氣的方法，其以電石爐尾氣為原料，經(jīng)過凈化后送入甲烷化裝置，將焦?fàn)t煤氣送入所述甲烷化裝置中，依靠原料氣(送入的電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣)中的氫對(duì)原料氣中的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，生成甲烷，從甲烷化反應(yīng)后的氣體中分離出氮?dú)猓纬捎杉淄榻M成的天然氣。
[0005]一種電石爐尾氣制備天然氣的生產(chǎn)裝置，其包括前后順序連接的甲烷化裝置和氮分離裝置，根據(jù)用作原料的電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣中h2、CO和CO2的含量，計(jì)算電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣之間的配比，將電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣送入甲烷化裝置中，依靠原料氣中的氫對(duì)原料氣中的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，經(jīng)過甲烷化反應(yīng)后的氣體進(jìn)入氮，依靠原料氣中的氫對(duì)原料氣中的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，分離裝置進(jìn)行氮與甲烷之間的氣體分離，所述氮分離裝置設(shè)有天然氣出口和氮?dú)獬隹凇?br> [0006]本發(fā)明的有益效果為:
由于以電石爐尾氣用作制備天然氣的原料，并且生產(chǎn)出來的天然氣符合規(guī)定的天然氣標(biāo)準(zhǔn)，由此實(shí)現(xiàn)了電石爐尾氣的資源化利用，避免了因放空或點(diǎn)天燈帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
[0007]根據(jù)電石爐尾氣的特點(diǎn)，將現(xiàn)有技術(shù)下另一種可用作制備天然氣原料的焦?fàn)t煤氣加入反應(yīng)體系中，以焦?fàn)t煤氣中所含的氫對(duì)體系內(nèi)的碳氧化物(一氧化碳和二氧化碳)進(jìn)行還原反應(yīng)(甲烷化反應(yīng))，克服了電石爐尾氣中因氫元素不足(幾近于零)而需要增加氫源的缺陷，同時(shí)也克服了焦?fàn)t煤氣因氫含量過高而需要在甲烷化反應(yīng)后進(jìn)行氫與甲烷之間的氣體分離的缺陷，實(shí)現(xiàn)了這兩種煤氣在成分上的互補(bǔ)，兩種煤氣中的碳、氫成分幾乎都參與甲烷化反應(yīng)，剩余的氫氣及一氧化碳和二氧化碳含量可以嚴(yán)格控制在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)，由此不僅提高了甲烷的產(chǎn)率，而且還節(jié)省了后續(xù)的氣體分離的費(fèi)用。
[0008]可以在甲烷化設(shè)備后面設(shè)置熱交換器進(jìn)行氣體降溫，適應(yīng)了后續(xù)工藝的要求，同時(shí)還可以通過熱交換器實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能的回收和利用，進(jìn)一步避免了資源浪費(fèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明生產(chǎn)方法的流程示意圖；
圖2是本發(fā)明生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]參見圖1，本發(fā)明提供了一種電石爐尾氣制備天然氣的方法，其以電石爐尾氣為原料，經(jīng)過凈化后送入甲烷化裝置，將焦?fàn)t煤氣送入所述甲烷化裝置中，依靠原料氣中的氫對(duì)原料氣中的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，生成甲烷，從甲烷化反應(yīng)后的氣體中分離出氮?dú)?，形成由甲烷組成的天然氣。
[0011]由于甲烷化裝置中參與反應(yīng)的氣體成分含量很低，對(duì)甲烷化反應(yīng)的影響較小，通常在計(jì)算中可以不予考慮，只依據(jù)參與甲烷化反應(yīng)的H2、CO和CO2三者之間的比例要求，根據(jù)用作原料的電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣中H2、C0和CO2的含量，計(jì)算電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣之間的配比，使反應(yīng)后氣 體中H2、C0和CO2的含量符合天熱氣的限定標(biāo)準(zhǔn)。所述甲烷化反應(yīng)的產(chǎn)物為甲烷和水，涉及一氧化碳和二氧化碳的甲烷化反應(yīng)的主要反應(yīng)式為:
CO + 3H2 = CH4 + H2O + 206KJ/mol(I)
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H20 + 165KJ/mol(2)
依據(jù)上述甲烷化反應(yīng)方式的比例關(guān)系選擇和確定電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣之間的配比，使全部原料氣中的氫、一氧化碳和二氧化碳基本上都參與甲烷化反應(yīng)，由此不需要另外添加氫源，也不需要對(duì)反應(yīng)后氣體中進(jìn)行氫氣和甲烷之間的氣體分離，同時(shí)反應(yīng)后氣體中的甲烷化程度高，除因?qū)嶋H工藝上的限制外，基本上不存在一氧化碳和二氧化碳，而氫的含量也可以近乎于零或者在符合天然氣要求的情況下略有一定余量的氫氣，以實(shí)現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化，有利于甲烷化的充分實(shí)現(xiàn)，提高甲烷的產(chǎn)率，并保證體系運(yùn)行的可靠性和抗沖擊能力。
[0012]所述焦?fàn)t煤氣是煉焦的副產(chǎn)品，其組成、含量(體積百分比)和熱值可見下表:
【權(quán)利要求】
1.一種電石爐尾氣制備天然氣的方法，其特征在于以電石爐尾氣為原料，經(jīng)過凈化后送入甲烷化裝置，將焦?fàn)t煤氣送入所述甲烷化裝置中，依靠原料氣中的氫對(duì)原料氣中的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，生成甲烷，從甲烷化反應(yīng)后的氣體中分離出氮?dú)?，形成由甲烷組成的天然氣。
2.如權(quán)利要求1所述的電石爐尾氣制備天然氣的方法，其特征在于依據(jù)參與甲烷化反應(yīng)的H2、CO和CO2三者之間的比例要求，根據(jù)用作原料的電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣中H2、C0和CO2的含量，計(jì)算電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣之間的配比，使反應(yīng)后氣體中H2、C0和CO2的含量符合天熱氣的限定標(biāo)準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求2所述的電石爐尾氣制備天然氣的方法，其特征在于所述焦?fàn)t煤氣的添加量采用使甲烷化后的氣體中氫含量為0.25-0.8%時(shí)的添加量。
4.如權(quán)利要求3所述的電石爐尾氣制備天然氣的方法，其特征在于送入所述甲烷化裝置的電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣采用經(jīng)過凈化處理的電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的電石爐尾氣制備天然氣的方法，其特征在于所述電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣之間的體積比為1:11-13。
6.如權(quán)利要求5所述的電石爐尾氣制備天然氣的方法，其特征在于采用相互串聯(lián)的四級(jí)或大于四級(jí)的甲烷化設(shè)備實(shí)現(xiàn)和完成所述的甲烷化反應(yīng)，從最后一級(jí)甲烷化設(shè)備所排出的氣體中引出與所述焦?fàn)t煤氣等量的循環(huán)氣體送入第一級(jí)甲烷化設(shè)備，將全部焦?fàn)t煤氣送入第一級(jí)甲烷化設(shè)備， 將所述電石爐尾氣分送入第一級(jí)之后的各級(jí)甲烷化設(shè)備，所述第一級(jí)之后的各級(jí)甲烷化設(shè)備的電石爐尾氣送入量相等。
7.如權(quán)利要求6所述的電石爐尾氣制備天然氣的方法，其特征在于通過設(shè)置在甲烷化設(shè)備后面的熱交換器對(duì)經(jīng)過所述甲烷化設(shè)備反應(yīng)之后的氣體進(jìn)行降溫，以適應(yīng)后續(xù)工藝的要求，在最后一級(jí)甲烷化設(shè)備的熱交換器后面設(shè)置氮分離裝置，分離出氣體中所含的氮。
8.一種采用權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法的電石爐尾氣制備天然氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于包括前后順序連接的甲烷化裝置和氮分離裝置，將電石爐尾氣和焦?fàn)t煤氣送入甲烷化裝置中，依靠原料氣中所含的H2對(duì)體系內(nèi)的CO和CO2進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，依靠原料氣中的氫對(duì)原料氣中的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，所述氮分離裝置設(shè)有天然氣出口和氮?dú)獬隹凇?br> 9.如權(quán)利要求8所述的電石爐尾氣制備天然氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述甲烷化裝置由相互串聯(lián)的四級(jí)或大于四級(jí)的甲烷化設(shè)備構(gòu)成，所述最后一級(jí)甲烷化設(shè)備與第一級(jí)甲烷化設(shè)備之間的循環(huán)氣體管道，所述循環(huán)氣體管道上設(shè)有循環(huán)泵，從最后一級(jí)甲烷化設(shè)備引出與所述焦?fàn)t煤氣等量的循環(huán)氣體送入第一級(jí)甲烷化設(shè)備，全部的所述焦?fàn)t煤氣送入第一級(jí)甲烷化設(shè)備，所述電石爐尾氣分送入除第一級(jí)甲烷化設(shè)備之外的各級(jí)甲烷化設(shè)備，除第一級(jí)甲烷化設(shè)備之外的所述各級(jí)甲烷化設(shè)備的電石爐尾氣送入量相等，所述電石爐尾氣和所述焦?fàn)t煤氣之間的體積比為1:11-13。
10.如權(quán)利要求9所述的電石爐尾氣制備天然氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述各級(jí)甲烷化設(shè)備后面均設(shè)有熱交換器，所述循環(huán)氣體管道與所述最后一級(jí)甲烷化設(shè)備的連接方式為所述循環(huán)氣體管道的進(jìn)口連接所述最后一級(jí)甲烷化設(shè)備后面所設(shè)的熱交換器的出口，所述甲烷化裝置的前面還設(shè)有電石爐尾氣凈化裝置和焦?fàn)t煤氣凈化裝置，所述電石爐尾氣凈化裝置和所述焦?fàn)t煤氣凈化裝置通過各自的凈化后氣體輸出管向所述甲烷化裝置或所述甲烷化裝置中 的相應(yīng)甲烷化設(shè)備送氣。
【文檔編號(hào)】C10L3/08GK104031706SQ201410224922
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】顧君堯 申請(qǐng)人:顧君堯