一種煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供制天然氣的系統(tǒng)及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源與化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供制天然氣的系統(tǒng) 及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國的資源稟賦特點(diǎn)是"富煤、貧油、少氣"，是一個以煤炭為主要能源的國家。雖 然天然氣消費(fèi)在基礎(chǔ)能源消費(fèi)中所占比例仍然低于5%，但是天然氣的消費(fèi)量呈逐步上升 趨勢，過去10年天然氣消費(fèi)的平均增速為16%，其中2012年天然氣消費(fèi)量為1295億m3， 比2011年增加9. 9%。"十二五"期間，天然氣在基礎(chǔ)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比例將由目前的 4. 4%提高到7. 5%。到2015年，我國天然氣需求量預(yù)計將達(dá)到2500多億m3,而屆時我國 天然氣產(chǎn)量只有約1500億m3,加上頁巖氣產(chǎn)量65億m3,屆時我國天然氣將出現(xiàn)巨大的供需 矛盾。
[0003] 基于我國國情以及國家產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵，國內(nèi)很多企業(yè)開始考慮發(fā)展煤制天然氣 (SNG)項(xiàng)目。我國"十二五"期間的新型煤化工發(fā)展目標(biāo)預(yù)計，到2015年，我國SNG產(chǎn)能最 高約為300億m3/年。我國已將SNG項(xiàng)目確定為石化"十二五"規(guī)劃的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，并將 其作為工業(yè)示范項(xiàng)目列入《石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》。截止到2013年，中央政府已經(jīng)批 準(zhǔn)10個SNG項(xiàng)目，總產(chǎn)能為671億m3/年，其中最小產(chǎn)能為16億m3/年，最大產(chǎn)能為300億 m3/年，產(chǎn)能都將超過美國大平原SNG項(xiàng)目15億m3/年的產(chǎn)能。在10個獲批的SNG項(xiàng)目的 基礎(chǔ)上，我國企業(yè)還計劃投資更多的SNG項(xiàng)目，據(jù)不完全統(tǒng)計，在2012有超過30家企業(yè)準(zhǔn) 備投資SNG項(xiàng)目，總產(chǎn)能超過1200億m3/年。僅在新疆一省，就計劃建設(shè)20個SNG項(xiàng)目， 產(chǎn)能達(dá)770億m3/a。中石化計劃投資140億修建總長6000km的天然氣運(yùn)輸管道，每年將從 新疆輸送300億m3的天然氣到我國東南地區(qū)。顯然，我國擬建SNG項(xiàng)目的總產(chǎn)能將遠(yuǎn)超我 國的供需缺口，因此我國需要綜合考慮各方因素，合理規(guī)劃SNG項(xiàng)目，解決我國的天然氣供 需矛盾和能源安全問題。
[0004] 雖然目前的煤制天然氣工藝具有技術(shù)成熟、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，但仍然存在一些 不足：首先，由于我國煤制天然氣工藝中的煤氣化過程主要采用魯奇（Lurgi)煤氣化技術(shù)， 這種煤氣化技術(shù)會產(chǎn)生大量的含酚廢水，這些廢水非常難處理，往往對周邊環(huán)境造成一定 影響。其次，由于魯奇氣化爐產(chǎn)生的合成氣的氫碳比不能滿足甲烷化的要求，因此需要水煤 變換來提高氫碳比，但水煤變換過程會浪費(fèi)熱值較高的C0,而產(chǎn)生大量的C02，對環(huán)境造成 影響，降低了碳元素利用效率。
[0005] 焦?fàn)t氣是焦炭生產(chǎn)過程中煤炭干餾后產(chǎn)生的氣副產(chǎn)體，主要組成包括H2(55~ 60% )，CH4(23 ~27% )，C0(5 ~8% )，N2(3 ~6% )，C02(〈2% )以及一些烴類。中國每 年的焦?fàn)t氣產(chǎn)量約為350億標(biāo)準(zhǔn)立方米，然而，除20%被作為燃料直接燃燒外，大部分焦?fàn)t 氣被直接排放進(jìn)入大氣，浪費(fèi)了大量的資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對目前煤制合成天然氣過程存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的首要目的在于提供一種煤和 焦?fàn)t氣聯(lián)供制天然氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于降低煤制天然氣過程的C02和污水排放，提高資 源能源利用效率。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述系統(tǒng)制備天然氣的工藝。
[0008] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供制天然氣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括煤氣化單元、酸性氣體脫除 單元、甲烷化單元和焦?fàn)t氣凈化單元，煤氣化單元與酸性氣體脫除單元依次連接，焦?fàn)t氣凈 化單元與酸性氣體脫除單元并聯(lián)后同時接入甲烷化單元。
[0010] 優(yōu)選的，所述煤氣化單元設(shè)有煤粉原料入口、水蒸氣入口、氧氣入口、二氧化碳入 口以及粗合成氣出口；所述酸性氣體脫除單元設(shè)有粗合成氣入口、凈合成氣出口、硫化物出 口以及二氧化碳出口；所述甲烷化單元設(shè)有甲烷合成氣入口及甲烷產(chǎn)品出口；所述焦?fàn)t氣 凈化單元設(shè)有粗焦?fàn)t氣進(jìn)口、焦?fàn)t氣出口以及雜質(zhì)出口；
[0011] 其中，所述酸性氣體脫除單元的二氧化碳出口分開兩條管道，其中一條管道連接 所述煤氣化單元的二氧化碳入口，另一條為排空管道；所述焦?fàn)t氣凈化單元的焦?fàn)t氣出口 與所述酸性氣體脫除單元的凈合成氣出口通過管道連接后，與所述甲烷化單元的甲烷合成 氣入口相連接。
[0012] 一種采用上述煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供制天然氣的系統(tǒng)制備天然氣的工藝，包括如下步 驟：原煤經(jīng)研磨成煤粉后，與水蒸氣、氧氣進(jìn)入煤氣化單元進(jìn)行煤氣化反應(yīng)，制得煤氣化粗 合成氣，煤氣化粗合成氣進(jìn)入酸性氣體脫除單元，將其中的二氧化碳和硫化物脫除，得到煤 氣化合成氣，經(jīng)脫除的硫化物排出系統(tǒng)，二氧化碳分成一部分回用二氧化碳經(jīng)管道循環(huán)回 煤氣化單元參與氣化反應(yīng)，另一部分剩余二氧化碳排出系統(tǒng)外；粗焦?fàn)t氣經(jīng)焦?fàn)t氣凈化單 元脫除雜質(zhì)后，得到潔凈焦?fàn)t氣，潔凈焦?fàn)t氣與凈化后的煤氣化合成氣經(jīng)混合后，得到甲烷 化合成氣，甲烷化合成氣進(jìn)入甲烷化單元進(jìn)行甲烷化反應(yīng)并經(jīng)提純后，得到合成天然氣產(chǎn) 品。
[0013] 優(yōu)選的，所述粗焦?fàn)t氣按熱值折合成標(biāo)準(zhǔn)煤后與所述原煤的進(jìn)料質(zhì)量比為2. 7~ 2.8 ： 1 〇
[0014] 優(yōu)選的，所述煤氣化單元進(jìn)行煤氣化反應(yīng)的溫度為1360~1400°C，壓力為3. 2~ 3. 4Mpa〇
[0015] 優(yōu)選的，所述煤氣化粗合成氣的氫碳比為0. 5~1。
[0016] 優(yōu)選的，所述粗焦?fàn)t氣的組成包括55%~60% (體積分?jǐn)?shù)）的4和20%~27% (體積分?jǐn)?shù)）的ch4。
[0017] 優(yōu)選的，所述甲烷化合成氣的氫碳比為3. 05~3. 3。
[0018] 優(yōu)選的，所述回用二氧化碳約占二氧化碳總體積的25%~35%。
[0019] 優(yōu)選的，所述甲烷化單元進(jìn)行甲烷化反應(yīng)的溫度為640~670 °C，壓力 為-45 ~-55KPa。
[0020] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0021] (1)本發(fā)明所述系統(tǒng)及工藝通過煤和焦?fàn)t氣的元素互補(bǔ)利用，實(shí)現(xiàn)了對煤炭資源 的有效利用，避免了組分調(diào)整操作造成的有效元素浪費(fèi)和能耗代價?，F(xiàn)有煤制合成天然氣 工藝中產(chǎn)生的co2在本發(fā)明中得到回收利用，同時，由于取消了目前煤制天然氣過程的水煤 變換單元，避免了組分調(diào)整所產(chǎn)生的二氧化碳，相比，本發(fā)明的單位天然氣產(chǎn)品所產(chǎn)生的二 氧化碳僅為目前煤制天然氣過程的4%。與此同時，本發(fā)明所述系統(tǒng)及工藝的碳元素利用率 達(dá)到75%以上，系統(tǒng)能量效率高達(dá)52%以上，相比目前煤制天然氣過程分別提高了 45%和
[0022] (2)相比現(xiàn)有的煤制天然氣過程，本發(fā)明所述系統(tǒng)減去了水煤氣變換單元，對于相 同生產(chǎn)規(guī)模的現(xiàn)有煤制合成天然氣工藝，本發(fā)明所述系統(tǒng)的規(guī)模僅為現(xiàn)有工藝的十分之一 左右，在一定程度上簡化了工藝，操作穩(wěn)定性高。
[0023] (3)焦?fàn)t氣作為工業(yè)煤焦化工業(yè)廢氣，量大且污染環(huán)境。本發(fā)明所述系統(tǒng)及工藝對 這種廢氣加以利用，減少工業(yè)煤焦化工業(yè)廢氣排放，顯著提高資源和能源利用率。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所述煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供制天然氣的系統(tǒng)的示意圖。其中，101為煤氣 化單元，102為酸性氣體脫除單元，103為甲烷化單元，104為焦?fàn)t氣凈化單元，201為原煤， 201為水蒸氣，203為氧氣，204為煤氣化粗合成氣，205為煤氣化合成氣，206為硫化物，207 為二氧化碳，208為回用二氧化碳，209為剩余二氧化碳，210為甲烷化合成氣，211為合成天 然氣產(chǎn)品，212為粗焦?fàn)t氣，213為潔凈焦?fàn)t氣，214為雜質(zhì)。
[0025]圖2為現(xiàn)有的煤制合成天然氣的系統(tǒng)的示意圖。其中，105為水煤變換單元，215 為粗合成氣215,其余編號與圖1相同。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0027] 本發(fā)明所述煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供制天然氣的系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括煤氣化 單元101、酸性氣體脫除單元102、甲烷化單元103和焦?fàn)t氣凈化單元104,煤氣化單元101 與酸性氣體脫除單元102依次連接，焦?fàn)t氣凈化單元104與酸