利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，包括：二氧化碳回收裝置、氣柜、二氧化碳回收裝置、壓縮機(jī)、甲烷合成反應(yīng)器、液化分離裝置，液化分離裝置與甲烷合成反應(yīng)器通過(guò)管路連接。本實(shí)用新型的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是：將煙道氣中的CO2轉(zhuǎn)變成CH4，減少了CO2的排放同時(shí)，增加了液化天然氣的產(chǎn)量，節(jié)能環(huán)保；將液化分離裝置中的富氫氣返回至氣柜，增加了氫氣的利用率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及廢氣回收利用領(lǐng)域，特別是涉及一種利用煙道氣制液化天然氣的 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是世界上第一大焦炭生產(chǎn)國(guó)，目前焦炭總產(chǎn)能約為5億噸，2015年焦炭產(chǎn)量為 4.48億噸，并副產(chǎn)數(shù)量巨大的焦?fàn)t氣。這些氣體除自用、民用及商用燃料外，每年放散的焦 爐氣超過(guò)200億m 3。
[0003] 焦?fàn)t氣甲烷化制天然氣具有變廢為寶的功能，
[0004] 目前甲烷化工藝主要有：托普索公司的甲烷化技術(shù)、戴維甲烷化技術(shù)以及魯奇甲 烷化技術(shù)。其主要反應(yīng)為氫氣和C0及C02反應(yīng)生成CH 4和H20并放出熱量，反應(yīng)化學(xué)式為：
[0005] C0+3H2^CH4+H20 ΔΗ298Κ = -206.2KJ/mol
[0006] C〇2+4H2^CH4+2H2〇 ΔΗ298Κ = -165 .OKJ/mol
[0007] 生成的甲烷可以制成CNG也可以直接液化分離成液化天然氣，反應(yīng)放出的熱量生 成高溫高壓蒸汽。由于液化天然氣是常溫常壓下天然氣體積的1/625,因此將天然氣直接液 化可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本，運(yùn)輸方式更為靈活，而且提高了燃燒性能，依次隨著低溫 分離技術(shù)的發(fā)展，將氣體液化制液化天然氣的應(yīng)用也越來(lái)越多。
[0008] 由于焦?fàn)t煤氣中的氫氣是富裕的，而碳是不足的，典型的焦?fàn)t氣成分如表1所示。
[0009] 表 1
[0011] 對(duì)于化工廠來(lái)說(shuō)，碳的來(lái)源非常豐富，其中可以利用的有煙道氣，煙道氣中〇)2含 量約為13%，煙道氣的典型成分如表2所示，C0 2直接排放會(huì)增加溫室效應(yīng)，污染環(huán)境，帶來(lái) 極大浪費(fèi)。
[0012] 表2
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0014] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以煙道氣充分利用的利用煙道氣制 液化天然氣的系統(tǒng)。
[0015] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，包括：
[0016] 用于回收煙道氣中的二氧化碳的二氧化碳回收裝置，與煙道氣氣源通過(guò)管道連 接；
[0017] 用于將焦?fàn)t氣、二氧化碳、富氫氣混合得到混合氣的氣柜，氣柜的進(jìn)氣口與焦?fàn)t氣 氣源通過(guò)第一管路連接;二氧化碳回收裝置的二氧化碳出氣口與氣柜的進(jìn)氣口通過(guò)第二管 路連接；
[0018] 用于壓縮混合氣的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的進(jìn)氣口與氣柜的出氣口通過(guò)管路連接；
[0019] 用于使混合氣中的氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷的甲烷合成反應(yīng)器，與壓縮機(jī)通 過(guò)管路連接；
[0020] 用于對(duì)甲烷化的混合氣液化分離處理，使甲烷化的混合氣分離出液化天然氣、富 氫氣和富氮?dú)獾囊夯蛛x裝置，與甲烷合成反應(yīng)器通過(guò)管路連接，液化分離裝置的富氫氣 出口與氣柜的進(jìn)氣口通過(guò)第三管路連接。
[0021] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，還包括:用于對(duì)混合氣凈化 處理，使混合氣脫萘、脫焦油、脫硫的凈化裝置，凈化裝置的進(jìn)氣口與壓縮機(jī)的出氣口通過(guò) 管路連接，凈化裝置的出氣口與甲烷合成反應(yīng)器的進(jìn)氣口通過(guò)管路連接。
[0022] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，甲烷合成反應(yīng)器與液化分 離裝置之間設(shè)置有用于在液化分離處理之前對(duì)甲烷化的混合氣干燥純化處理，使甲烷化的 混合氣脫水脫碳的分子篩，分子篩為4A分子篩或13X分子篩。
[0023] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，壓縮機(jī)可以是往復(fù)壓縮機(jī) 或螺桿壓縮機(jī)或離心壓縮機(jī)。
[0024] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，二氧化碳回收裝置為胺液 吸收塔或變壓吸附塔。
[0025]本實(shí)用新型的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是:將煙道氣中的C02轉(zhuǎn)變成CH4，減少了 C02的排放 同時(shí)，增加了液化天然氣的產(chǎn)量，節(jié)能環(huán)保;將液化分離裝置中的富氫氣返回至氣柜，增加 了氫氣的利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 如圖1所示，本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，包括：
[0028] 用于回收煙道氣中的二氧化碳的二氧化碳回收裝置1，與煙道氣氣源通過(guò)管道連 接；
[0029] 用于將焦?fàn)t氣、二氧化碳、富氫氣混合得到混合氣的氣柜2,氣柜的進(jìn)氣口與焦?fàn)t 氣氣源通過(guò)第一管路11連接;二氧化碳回收裝置的二氧化碳出氣口與氣柜的進(jìn)氣口通過(guò)第 二管路12連接；
[0030] 用于壓縮混合氣的壓縮機(jī)3,壓縮機(jī)3的進(jìn)氣口與氣柜2的出氣口通過(guò)管路連接；
[0031] 用于使混合氣中的氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷的甲烷合成反應(yīng)器4,與壓縮機(jī) 通過(guò)管路連接；
[0032] 用于對(duì)甲烷化的混合氣液化分離處理，使甲烷化的混合氣分離出液化天然氣、富 氫氣和富氮?dú)獾囊夯蛛x裝置5,與甲烷合成反應(yīng)器通過(guò)管路連接，液化分離裝置5的富氫 氣出口與氣柜2的進(jìn)氣口通過(guò)第三管路13連接。
[0033] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，還包括:用于對(duì)混合氣凈化 處理，使混合氣脫萘、脫焦油、脫硫的凈化裝置6,凈化裝置6的進(jìn)氣口與壓縮機(jī)的出氣口通 過(guò)管路連接，凈化裝置6的出氣口與甲烷合成反應(yīng)器的進(jìn)氣口通過(guò)管路連接。
[0034] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，甲烷合成反應(yīng)器與液化分 離裝置之間設(shè)置有用于在液化分離處理之前對(duì)甲烷化的混合氣干燥純化處理，使甲烷化的 混合氣脫水脫碳的分子篩7,分子篩7為4A分子篩或13X分子篩。
[0035] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，壓縮機(jī)3可以是往復(fù)壓縮機(jī) 或螺桿壓縮機(jī)或離心壓縮機(jī)。
[0036] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，二氧化碳回收裝置1為胺液 吸收塔或變壓吸附塔。
[0037] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，液化分離裝置5為冷箱，冷 箱里面的設(shè)備為脫氫塔和甲烷精餾塔。
[0038] 本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其中，凈化裝置6包括活性炭吸附 塔以及氧化鋅脫硫塔，活性炭吸附塔可以同時(shí)脫除苯萘，氧化鋅脫硫塔用于脫硫。
[0039] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案實(shí)施時(shí)，從煙道氣中提取C02后，混合到焦?fàn)t氣中，混合后 的混和氣經(jīng)過(guò)凈化壓縮后，進(jìn)行甲烷化工序，在甲烷化工序中，混合氣中的C0、C0 2和氫氣放 熱反應(yīng)，生成CH4,由于混合氣甲烷化時(shí)，氫氣是富裕的，因此為了提供甲烷的產(chǎn)量，從外界 補(bǔ)充C0 2顯得非常必要，并且甲烷化后的氣體經(jīng)過(guò)低溫分離，分離后的氫氣再次補(bǔ)充到甲烷 化裝置，提高甲烷化的轉(zhuǎn)化效率，增加液化天然氣產(chǎn)品產(chǎn)出率，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0040] 利用本實(shí)用新型的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)的工作流程如下:焦?fàn)t氣與來(lái) 自二氧化碳回收裝置1的C02氣體以及來(lái)自液化分離裝置5的富氫氣混合后，進(jìn)入氣柜2,然 后依次經(jīng)過(guò)壓縮工序壓縮至高壓，然后進(jìn)行凈化工序脫萘、脫焦油、脫硫，防止這些雜質(zhì)氣 體進(jìn)入實(shí)施甲烷化工序的甲烷合成反應(yīng)器，使催化劑中毒，凈化后的氣體進(jìn)行甲烷化工序， 在甲烷化工序中氫氣和一氧化碳及二氧化碳發(fā)生強(qiáng)烈放熱的化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷和水并放 出大量的熱量，然后進(jìn)入分子篩，進(jìn)行干燥純化工序，脫除氣體中含有的(》 2和出0，使焦?fàn)t氣 的露點(diǎn)<-65°C，C02含量<2ppm，最后進(jìn)行液化分離工序，分離出液化天然氣產(chǎn)品、富氫氣 和富氮?dú)?，液化天然氣產(chǎn)品輸出，而富氫氣返回至氣柜入口。
[0041 ]本實(shí)用新型技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是：
[0042] (1)將煙道氣中的C02轉(zhuǎn)變成CH4，減少了 C02的排放同時(shí)，增加了液化天然氣的產(chǎn) 量，節(jié)能環(huán)保；
[0043] (2)將液化分離裝置中的富氫氣返回至氣柜，增加了氫氣的利用率。
[0044] 本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】為：
[0045] 煙道氣壓力為1.03bar、流量為10000Nm3/h、組分如表2所示，經(jīng)提純后，1290Nm3/h 的⑶2與焦?fàn)t氣和富氫氣混合后進(jìn)入氣柜;焦?fàn)t氣的壓力為1.03bar、流量為30000Nm3/h、組 分如表1所不;富氫氣的壓力為1.03bar、流量為7295Nm 3/h、組分如表3所不。
[0046] 表3富氫氣組分
[0048] 經(jīng)壓縮工序壓縮至25bar，再經(jīng)過(guò)凈化工序脫除苯、萘和硫，將苯、萘、硫的含量控 制在20ppm、lppm、0. lppm以下，然后進(jìn)入甲燒化工序，甲燒化反應(yīng)，主反應(yīng)方程式為：
[0049] C0+3H2^CH4+H20 ΔΗ298Κ = -206.2KJ/mol
[0050] C〇2+4H2^CH4+2H2〇 ΔΗ298Κ = -165 .OKJ/mol
[0051] 在甲烷化工序中，能夠?qū)ⅱ?、C02基本上轉(zhuǎn)換為甲烷，甲烷化后的組分如表4所示， 然后進(jìn)入干燥純化工序，脫除甲烷化后的殘余〇) 2和出0，確保露點(diǎn)<-65 °C，C02含量< 2ppm， 最后進(jìn)入液化分離工序，在液化分離工序中，將甲烷化的混合氣分離出液化天然氣產(chǎn)品、富 氫氣和富氮?dú)狻?br>[0052] 表4甲烷化后氣體組分
[0054]在實(shí)踐中，焦?fàn)t氣不補(bǔ)充C02的話，液化天然氣產(chǎn)量大約為11150Nm3/h，補(bǔ)充 10000Nm3/h的煙道氣后，液化天然氣產(chǎn)量為12910Nm3/h，產(chǎn)量提高了 15.8%。
[0055]以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾 也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 用于回收煙道氣中的二氧化碳的二氧化碳回收裝置，與煙道氣氣源通過(guò)管道連接； 用于將焦?fàn)t氣、二氧化碳、富氫氣混合得到混合氣的氣柜，氣柜的進(jìn)氣口與焦?fàn)t氣氣源 通過(guò)第一管路連接;二氧化碳回收裝置的二氧化碳出氣口與氣柜的進(jìn)氣口通過(guò)第二管路連 接； 用于壓縮混合氣的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的進(jìn)氣口與氣柜的出氣口通過(guò)管路連接； 用于使混合氣中的氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷的甲烷合成反應(yīng)器，與壓縮機(jī)通過(guò)管 路連接； 用于對(duì)甲烷化的混合氣液化分離處理，使甲烷化的混合氣分離出液化天然氣、富氫氣 和富氮?dú)獾囊夯蛛x裝置，與甲烷合成反應(yīng)器通過(guò)管路連接，液化分離裝置的富氫氣出口 與氣柜的進(jìn)氣口通過(guò)第三管路連接。2. 如權(quán)利要求1所述的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，還包括：用于對(duì) 混合氣凈化處理，使混合氣脫萘、脫焦油、脫硫的凈化裝置，凈化裝置的進(jìn)氣口與壓縮機(jī)的 出氣口通過(guò)管路連接，凈化裝置的出氣口與甲烷合成反應(yīng)器的進(jìn)氣口通過(guò)管路連接。3. 如權(quán)利要求2所述的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，甲烷合成反應(yīng)器 與液化分離裝置之間設(shè)置有用于在液化分離處理之前對(duì)甲烷化的混合氣干燥純化處理，使 甲燒化的混合氣脫水脫碳的分子篩，分子篩為4 A分子篩或13 X分子篩。4. 如權(quán)利要求3所述的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，壓縮機(jī)可以是往 復(fù)壓縮機(jī)或螺桿壓縮機(jī)或離心壓縮機(jī)。5. 如權(quán)利要求4所述的利用煙道氣制液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，二氧化碳回收裝 置為胺液吸收塔或變壓吸附塔。
【文檔編號(hào)】C10L3/10GK205603542SQ201620350536
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】郝凱鐘, 陳武
【申請(qǐng)人】中科瑞奧能源科技股份有限公司