專利名稱：低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝及其生產(chǎn)設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過水煤氣的甲烷化來生產(chǎn)城市生活煤氣的生產(chǎn)工藝及其生產(chǎn)設備。
背景技術：
水煤氣是高溫下水蒸汽與煤反應的產(chǎn)物，其主要成分是H2和CO，由于其中CO含量較高，一般為25％—30％、而且熱值低(＜10MJ/M3)達不到城市生活煤氣(要求熱值＞14.7MJ/M3，CO＜20％)的要求，不能直接作為城市生活煤氣使用，因此需要將其中的CO進行甲烷化反應，以將水煤氣中的CO和H2部分或全部轉(zhuǎn)化成甲烷，其甲烷化的主要化學反應式如下
從上述反應式可知，水煤氣的甲烷化反應不僅增加了甲烷CH4的含量，同時也降低了CO的含量，而甲烷CH4的低位發(fā)熱值為35.88MJ/M3，是H2的熱值的3.33倍，是CO熱值的2.83倍，這樣得到經(jīng)甲烷化的煤氣完全能滿足城市生活煤氣的要求。
在現(xiàn)有技術中，對水煤氣的甲烷化常常采用常壓非耐硫甲烷化技術或加壓耐硫甲烷化技術。對于常壓非耐硫甲烷化技術而言，由于其存在脫硫成本高、導熱油易泄漏、熱值低等缺點，目前已停止使用。而對于加壓耐硫甲烷化技術，由于其壓力較高，為2.0～3.0MPa，應用時存在一定的困難。在國內(nèi)已公布的專利技術中，有兩個這方面的專利，分別為“用水煤氣或半水煤氣生產(chǎn)城市煤氣的工藝及甲烷化反應器”(專利申請?zhí)枮?1106812)和“用水煤氣生產(chǎn)城市煤氣的工藝”(專利號為97108002)，但這兩個專利實際上是一個項目，其采用的甲烷化催化劑為非耐硫的鎳系催化劑，對原料氣中硫化物的含量要求十分苛刻(要求＜1ppm)，需要設置復雜的精脫硫系統(tǒng)及變比系統(tǒng)，存在對原料氣要求高、設備復雜、成本高等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝及其生產(chǎn)設備。它通過將水煤氣在低壓耐硫條件下進行甲烷化反應來生產(chǎn)甲烷化煤氣，以克服上述現(xiàn)有技術存在的不足。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝，其特征在于原料水煤氣經(jīng)除焦、增壓后進入煤氣換熱器與煤氣換熱器中的高溫甲烷化煤氣進行熱交換；換熱后升溫的原料水煤氣進入到甲烷化反應器中并與填裝在甲烷化反應器中的耐硫催化劑接觸發(fā)生甲烷化反應；甲烷化反應生成的高溫甲烷化煤氣返回到煤氣換熱器中并與進入煤氣換熱器的原料水煤氣進行熱交換，換熱后降溫的甲烷化煤氣經(jīng)冷卻并經(jīng)干法脫硫處理后儲存。
上述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝中，甲烷化反應放出的熱量通過導熱油吸收并被汽化，汽化的導熱油進入冷凝器中與軟水換熱，換熱后降溫的導熱油冷凝成液態(tài)，返回到甲烷化反應器中循環(huán)使用，而換熱后升溫的軟水被汽化，產(chǎn)生蒸汽外供。
工藝操作條件如下1.系統(tǒng)壓力 0.5～1.0MPa(表)2.反應床層進口溫度 ～300℃反應床層熱點溫度 365±5℃3.空速 700h-14.組分

5.催化劑(鉬系催化劑)型號 SM-95-型生產(chǎn)廠家 大連化學物理研究所6.達到指標CO轉(zhuǎn)化率 45-55％CH4選擇性 50-60％產(chǎn)品氣中低熱值增加～2MJ/m3前述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝中，原料水煤氣的壓力為2Kpa，原料水煤氣經(jīng)增壓后的壓力為0.5～1.0MPa，換熱后升溫的原料水煤氣的溫度為250～300℃，甲烷化反應生成的高溫甲烷化煤氣的溫度為350℃，換熱后降溫的甲烷化煤氣溫度為200℃，換熱后降溫的甲烷化煤氣經(jīng)冷卻后的溫度＜40℃。
低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備，它包括原料水煤氣儲存、除焦設備、煤氣增壓設備、換熱設備、甲烷化反應設備、反應器排熱冷凝設備、產(chǎn)品氣冷卻設備、產(chǎn)品氣干法脫硫設備和產(chǎn)品氣儲存設備及生產(chǎn)控制設備。原料水煤氣貯存、除焦設備包括煤氣柜(1)、電除焦器(2)；煤氣增壓設備包括煤氣壓縮機(3)；換熱設備包括煤氣換熱器(5)；甲烷化反應設備包括甲烷化反應器(6)；反應器排熱冷凝設備包括導熱油冷凝器(16)；產(chǎn)品氣冷卻設備包括煤氣冷卻器(8)；產(chǎn)品氣干法脫硫設備包括脫硫塔(9)；產(chǎn)品氣儲存設備包括煤氣球罐(10)；其特征在于在煤氣壓縮機(3)之后設有穩(wěn)壓罐(4)，穩(wěn)壓罐(4)與煤氣換熱器(5)相連；煤氣換熱器(5)與甲烷化反應器(6)相連，甲烷化反應器(6)中的導熱油出口氣相管與導熱油冷凝器(16)相連；甲烷化反應器(6)氣相出口經(jīng)過緩沖罐(7)與煤氣換熱器(5)相連，煤氣換熱器(5)與煤氣冷卻器(8)相連，煤氣冷卻器(8)與脫硫塔(9)相連，脫硫塔(9)與煤氣球罐(10)相連。
上述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備中，在導熱油冷凝器(16)的導熱油回流管(14)上設有U形液封管(15)。作用是消除回油氣阻，穩(wěn)定導熱油溫度。
前述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備中，甲烷化反應器(6)的下封頭蓋靠近下管板處設置有多孔擋渣板(20)。
前述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備中，在甲烷化反應器(6)的導熱油內(nèi)設置有三個測溫點21，兩個設置在同一平面，一個設置在軸向方向上。
前述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備中，在煤氣壓縮機(3)與煤氣換熱器(5)的頂管之間設有煤氣開工電加熱器(11)，及用于甲烷化反應器(6)內(nèi)產(chǎn)生導熱油循環(huán)使油溫均勻的導熱油循環(huán)泵(13)，循環(huán)泵(13)與甲烷化反應器(6)之間設有導熱油電加熱器(12)。
前述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備中，生產(chǎn)控制設備采用的是DCS集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實現(xiàn)了在低壓、耐硫條件下通過水煤氣的甲烷化反應來生產(chǎn)甲烷化煤氣，具有工藝流程合理、設備簡單可靠、儀表控制先進、節(jié)約能源、對環(huán)境友好等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的工藝流程和設備構造示意圖。
附圖中的標記為1-煤氣柜，2-電除焦器，3-煤氣壓縮機，4-穩(wěn)壓罐，5-煤氣換熱器，6-甲烷化反應器，7-緩沖罐，8-煤氣冷卻器，9-脫硫塔，10-煤氣球罐，11-煤氣開工電加熱器，12-導熱油電加熱器，13-導熱油循環(huán)泵，14-導熱油回流管，15-U形液封管，16-導熱油冷凝器，17-汽包，18-鉬系耐硫催化劑，19-氧化鋁球，20-多孔擋渣板，21-儀表測溫點，22-導熱油貯槽，23-導熱油收集地下槽，24-導熱油給料泵，25-電動調(diào)節(jié)閥，26-放空管。
具體實施例方式
具體實施例方式低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝，如附圖1所示，由煤氣柜1出來的原料水煤氣在壓力為2Kpa、常溫的條件下進入電除焦器2中進行除塵、除焦處理，除塵、除焦后的原料水煤氣進入到煤氣壓縮機3中增壓至0.5～1.0MPa，增壓后的原料水煤氣進入到穩(wěn)壓罐4中進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的水煤氣進入煤氣換熱器5的管程并與在煤氣換熱器5的殼程中的甲烷化煤氣換熱，此時水煤氣的溫度由80-100℃升高至250-300℃，換熱后升溫的原料水煤氣進入到甲烷化反應器6中并與填裝在甲烷化反應器6中的鉬系耐硫催化劑18接觸發(fā)生甲烷化反應；由于甲烷化反應為放熱反應，使得反應后生成的甲烷化煤氣溫度升高至350℃，高溫的甲烷化煤氣進入緩沖罐7，經(jīng)緩沖后返回到煤氣換熱器5的殼程中并與進入到煤氣換熱器5的管程中的原料水煤氣換熱，換熱后甲烷化煤氣的溫度降至200℃，降溫的甲烷化煤氣進入到煤氣冷卻器8中，經(jīng)冷卻后其溫度降至＜40℃，再進入到干法脫硫塔9中，經(jīng)干法脫硫處理后即得到甲烷化產(chǎn)品煤氣，輸入到球形煤氣球罐10中儲存。甲烷化反應器6中的導熱油吸收原料水煤氣的甲烷化反應放出的熱量后被汽化的導熱油進入導熱油冷凝器16的管程，與殼程中的軟水換熱，換熱后降溫的導熱油呈液態(tài)又返回到甲烷化反應器6中循環(huán)使用，而換熱后升溫的軟水則被汽化，進入汽包17產(chǎn)生蒸汽外供。
生產(chǎn)設備如圖1所示甲烷化反應器6是核心設備，反應器內(nèi)有245根反應管，規(guī)格為φ57*3.5(不銹鋼材質(zhì))，反應管內(nèi)填裝催化劑18和氧化鋁球19(每根反應管底部裝氧化鋁球300mm高，中間裝催化劑2500～3000mm高，頂部裝氧化鋁球800mm高)。反應管脹焊在下管板上，反應管底部裝有彈簧托住頂管內(nèi)催化劑。為了避免因彈簧在高溫下變形脫落，而導致反應管中的氧化鋁球和催化劑下塌而落入反應器下封頭內(nèi)，在甲烷化反應器的下封頭蓋靠近下管板60mm處設置多孔擋渣板20，上鉆孔φ10mm數(shù)量6574個，多孔擋渣板設井字角鋼架支撐于下封頭上；為了檢測反應器內(nèi)導熱油溫度，在反應器壁設置3個儀表測溫點21，其中2個為同一平面，另一個為軸向側不同位置，這樣既可了解同平面的溫差，又可了解軸向溫差。
煤氣冷卻器8為冷排式，以避免因冷卻水結垢而造成冷卻效率的降低，并在煤氣冷卻器8的下部設蓄水池，便于冷卻水用泵建立閉路循環(huán)。
由于在開工時，沒有熱量，因此在導熱油循環(huán)泵13與甲烷化反應器6之間設置導熱油電加熱器12，在煤氣壓縮機3與煤氣換熱器5的頂部進口管之間設置煤氣開工電加熱器11，以對原料水煤氣和導熱油進行加熱，當溫度升高至正常反應所需溫度后可停用兩個電加熱器。
系統(tǒng)中設置導熱油貯槽22，導熱油收集地下槽23和導熱油給料泵24，以便于開車補油和導熱油的點滴回收；為便于開車和生產(chǎn)中應急處理調(diào)節(jié)導熱油溫度，設置放空管26(Dg25)以排除油中不凝氣和輕組分。
為便于對整個系統(tǒng)生產(chǎn)過程進行自動化控制，生產(chǎn)控制設備采用DCS集散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中設置2套電動調(diào)節(jié)閥24，其中一套調(diào)節(jié)導熱油溫度，一套調(diào)節(jié)汽包液位。另根據(jù)工藝控制需要，設置溫度、壓力、流量、液位等就地或集中控制儀表。
已實施成功日產(chǎn)2萬立方米甲烷化煤氣的主要設備一覽表見附表。如需增加生產(chǎn)能力，只需選擇催化劑填裝量大的反應器即可。
(附表)主要設備一覽表


權利要求
1.低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝，其特征在于原料水煤氣經(jīng)除焦、增壓后進入煤氣換熱器與煤氣換熱器中的高溫甲烷化煤氣進行熱交換；換熱后升溫的原料水煤氣進入到甲烷化反應器中并與填裝在甲烷化反應器中的耐硫催化劑接觸發(fā)生甲烷化反應；甲烷化反應生成的高溫甲烷化煤氣返回到煤氣換熱器中并與進入煤氣換熱器的原料水煤氣進行熱交換，換熱后降溫的甲烷化煤氣經(jīng)冷卻并經(jīng)干法脫硫處理后儲存。
2.根據(jù)權利要求1所述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝，其特征在于甲烷化反應放出的熱量通過導熱油吸收并被汽化，汽化的導熱油進入冷凝器與冷凝器中的軟水換熱，換熱后降溫的導熱油冷凝成液態(tài)，返回到甲烷化反應器中循環(huán)使用，而換熱后升溫的軟水被汽化，產(chǎn)生蒸汽外供。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝，其特征在于原料水煤氣的壓力為2Kpa，原料水煤氣經(jīng)增壓后的壓力為0.5～1.0Mpa，換熱后升溫的原料水煤氣的溫度為250～300℃，甲烷化反應生成的高溫甲烷化煤氣的溫度為350℃，換熱后降溫的甲烷化煤氣溫度為200℃，換熱后降溫的甲烷化煤氣經(jīng)冷卻后的溫度小于40℃。
4.低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備，它包括原料水煤氣儲存、除焦設備、煤氣增壓設備、換熱設備、甲烷化反應設備、反應器排熱冷凝設備、產(chǎn)品氣冷卻設備、產(chǎn)品氣干法脫硫設備和產(chǎn)品氣儲存設備及生產(chǎn)控制設備；原料水煤氣貯存、除焦設備包括煤氣柜(1)、電除焦器(2)；煤氣增壓設備包括煤氣壓縮機(3)；換熱設備包括煤氣換熱器(5)；甲烷化反應設備包括甲烷化反應器(6)；反應器排熱冷凝設備包括導熱油冷凝器(16)；產(chǎn)品氣冷卻設備包括煤氣冷卻器(8)；產(chǎn)品氣干法脫硫設備包括脫硫塔(9)；產(chǎn)品氣儲存設備包括煤氣球罐(10)；其特征在于在煤氣壓縮機(3)之后設有穩(wěn)壓罐(4)，穩(wěn)壓罐(4)與煤氣換熱器(5)相連；煤氣換熱器(5)與甲烷化反應器(6)相連，甲烷化反應器(6)中的導熱油出口氣相管與導熱油冷凝器(16)相連；甲烷化反應器(6)氣相出口經(jīng)過緩沖罐(7)與煤氣換熱器(5)相連，煤氣換熱器(5)與煤氣冷卻器(8)相連，煤氣冷卻器(8)與脫硫塔(9)相連，脫硫塔(9)與煤氣球罐(10)相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備，其特征在于在導熱油冷凝器(16)的導熱油回流管(14)上設有U形液封管(15)。
6.根據(jù)權利要求4所述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備，其特征在于甲烷化反應器(6)的下封頭蓋靠近下管板處設置有多孔擋渣板(20)。
7.根據(jù)權利要求4所述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備，其特征在于在甲烷化反應器(6)的導熱油內(nèi)設置有三個測溫點(21)，兩個設置在同一平面，一個設置在軸向方向上。
8.根據(jù)權利要求4所述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備，其特征在于在煤氣壓縮機(3)與煤氣換熱器(5)的頂管之間設有煤氣開工電加熱器(11)，及用于甲烷化反應器(6)內(nèi)產(chǎn)生導熱油循環(huán)使油溫均勻的導熱油循環(huán)泵(13)，循環(huán)泵(13)與甲烷化反應器(6)之間設有導熱油電加熱器(12)。
9.根據(jù)權利要求4所述的低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)設備，其特征在于生產(chǎn)控制設備采用的是DCS集散控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低壓耐硫水煤氣甲烷化的生產(chǎn)工藝及其生產(chǎn)設備。生產(chǎn)工藝包括原料水煤氣經(jīng)除焦、增壓后進入煤氣換熱器進行熱交換；換熱后的原料水煤氣進入到甲烷化反應器中并發(fā)生甲烷化反應；反應生成的高溫甲烷化煤氣返回到煤氣換熱器并與原料水煤氣進行熱交換，換熱后降溫的甲烷化煤氣經(jīng)冷卻并經(jīng)干法脫硫處理后儲存。其生產(chǎn)設備包括原料水煤氣貯存、除焦設備、煤氣增壓設備、換熱設備、甲烷化反應設備、反應器排熱冷凝設備、產(chǎn)品氣冷卻設備、產(chǎn)品氣干法脫硫設備和產(chǎn)品氣儲存設備及生產(chǎn)控制設備。本發(fā)明實現(xiàn)了在低壓、耐硫條件下生產(chǎn)甲烷化煤氣，具有工藝流程合理、設備簡單可靠、儀表控制先進、節(jié)約能源、對環(huán)境友好等優(yōu)點。
文檔編號C10K3/00GK1718692SQ20051020021
公開日2006年1月11日 申請日期2005年4月6日 優(yōu)先權日2005年4月6日
發(fā)明者徐紹英, 胡勇, 楊健, 王平, 冉金橋, 劉軍, 李郁銘 申請人:貴州省畢節(jié)市博宇煤氣有限公司