专利名称：一种甲烷转化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种甲烷转化工艺，特别是以天然气、焦炉气、石油尾气为原料生产合成氨的制气工序中的甲烷转化。
目前，对含有甲烷的气体在生产合成氨的过程中使甲烷转化成H2和CO2的工艺有两种一种是二段蒸汽甲烷转化工艺，如
图1所示工艺气由压缩来(天然气、焦炉气、石油气)进一段转化炉10的对流段一、三段与转化炉烟气换热至350℃去干法脱硫，总硫被脱至3mg/m3以下，从脱硫出来的工艺气与汽包12来的蒸汽在混合器9混合后又回至一段转化炉的对流段四段，被加热至450℃以上进一段转化炉10，甲烷大部分在一段炉里转化成氢和二氧化碳后进入二段转化炉11，在炉头与经一段炉对流五段加热的空气混合至炉头下部燃烧室燃烧，产生的热量供二段甲烷转化所需，从二段炉出来的工艺气进废热锅炉13进行热量回收，产生的蒸汽供甲烷转化使用。废热锅炉出来的工艺气去CO变换工序。该工艺的水系统是由水汽车间提供的软水或脱盐水，由给水泵19输送给废热锅炉的汽包12，进汽包之前经过水加热器17回收变换气的热量，循环水泵20是将汽包的水送至一段转化炉对流段二、六段和一段炉的烟气换热进行热量回收后再回汽包。一段炉的燃烧气由三台5L压缩机21供给。一段炉燃烧的烟气经对流段换热后由引风机23引出，从烟囱22排往大气。一段炉虽然尽可能地回收其烟气热量，但仍有大量的温度较高的(200℃)烟气排往大气。一段炉结构复杂，炉管等材质要求较高，管理维护难，仅一段炉燃烧用气占生产合成氨用的原料气(工艺气)的二分之一。图中，14为间断排污罐；15为连续排污罐；16为水冷器；18为冷凝水泵；19为给水泵；23为引风机；24为储气罐，该燃烧气从活性炭吸附槽来；25为气水分离器。
另一种是“部分氧化法”工艺，见图2。该工艺与方法一不同的是由圆筒式的加热炉代替一段转化炉。其工艺过程是原料气从压缩来，进工艺气换热器26壳程与转化气换热，被加热的气体去干法脱硫工序，经过脱硫，总硫达到20mg/m3以下，干法脱硫来的工艺气与废热锅炉来的蒸汽在混合器27混合，进蒸汽、工艺气换热器28进一步与转化气换热后，再进圆筒式加热炉29加热至650℃后进入转化炉30。在转化炉与经过加热炉对流段与烟气换热后的富氧空气混合，至转化炉上部燃烧室燃烧，并进入催化剂层进行甲烷转化反应()，转化气从转化炉出来，先后进废热锅炉31、蒸汽、工艺气换热器28和工艺气换热器26进行热量回收后进入变换工序。32为汽包，33为间断排污罐，34为连续排污罐，35为除氧槽，36为给水泵，37为燃烧气压缩机，38为鼓风机，39为引风机，40为烟囱。该工艺的废热锅炉供水系统和加热炉的燃气供给系统与第一种工艺基本相同。
该工艺与第一种工艺相比，虽然去掉了一段转化炉，但增加加热炉，燃烧烟气的热量部分被回收，大部分仍然排往大气。
本发明的目的在于提供一种甲烷转化工艺，该工艺没有燃烧加热的设备，不仅简化工艺，减少投资、节能，而且没有烟气排放，对环境保护有重要的作用。在转化炉燃烧的产物水和二氧化碳均是生产的原料。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种甲烷转化工艺，它包括以下几个步骤(1)工艺气经“工艺气换热器”被加热，加热后到干法脱硫工序；(2)经脱硫的工艺气在喷射泵与冷凝液混合，从喷射泵出来工艺气进入“蒸汽、工艺气混合气的换热器”换热，其中水全部被汽化；(3)从(2)工序来的工艺气进入“转化气换热器”，被加热后进转化炉；(4)上述气体与富氧空气在转化炉上的混合气装置混合，并使部分工艺气完成燃烧；(5)高温气体在转化炉的催化剂作用下，进行甲烷转化；(6)出炉的高温气体进“转化气换热器”与进转化炉的蒸汽工艺气混合气换热，从“转化气换热器”出来的转化气温度降低后进入“工艺气换热器”；将工艺气加热并送去干法脱硫，从“工艺气换热器”出来的转化气进入“蒸汽、工艺气混合气换热器”，降温后去变换工序。
本发明的优点是它比前二种工艺节省许多运转设备，第一种工艺的引风机二台，循环泵二台，燃气压缩机三台均可被省掉；第二种工艺的加热炉鼓风机二台，引风机二台，燃烧气压缩机三台均可被省掉，还可以节省许多静止设备；没有燃烧加热设备，不仅简化工艺，减少投资，而且没有烟气排放，对环境保护有重要作用，在工艺中利用了车间的蒸汽冷凝液，以及转化炉燃烧的产物水和二氧化碳均是生产的原料，经济适用。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1一、二段甲烷蒸汽转化工艺流程图；图2甲烷部分氧化法工艺流程图3本发明工艺框图；图4图3中转化气换热器示意图；图5；图3中转化炉炉头喷射混合气示意图。
图3中工艺气从压缩工序来，经工艺气换热器1被加热到335～365℃，再到干法脱硫工序，经脱硫后的工艺气在工艺气喷射泵2与冷凝液混合，贮槽8中存有冷凝液，冷凝液经泵7送至喷射泵，在喷射泵中，部分水被汽化，没有被汽化的水雾化进入“蒸汽、工艺气换热器”3换热，其中水被全部汽化。进蒸汽、工艺气换热器时的温度为250℃-270℃，出口时温度达400℃-410℃，出来的工艺气进入转化气换热器4，被加热至635～665℃进转化炉6，在转化炉炉头的喷射混合器5上述气体与富氧空气混合，并完成部分工艺气的燃烧，高温气体在转化炉催化剂作用下进行甲烷转化，出炉的930℃～960℃的高温气体进转化气换热器4与进转化炉的蒸汽工艺气混合气换热。从转化气换热器出来的转化气温度降至740～750℃进入工艺气换热器1，将工艺气加热至340～350℃去干法脱硫，从工艺气换热器出来的转化气630～640℃进入蒸汽、工艺气换热器3降至380℃去变换工序。本工艺中，蒸汽与工艺气的用量体积比控制在0.7～0.9∶1范围内。在转化炉中，以富氧空气的用量调节转化炉出口气体的温度，以维持出炉时转化气温度在930～960℃之间。
图4所示，该转化气换热器为U形，4-5为U形管束，4-6为半弯管，转化气走管内，4-9为进口管箱，4-1为出口管箱，4-2为出口管板，4-3为壳体，4-8为入口管板，壳体内走工艺气，4-7为全折流板，4-4为半波膨胀节。
图5中，5-5为衬套，其顶部为封头5-3,5-4为连接用法兰，5-2为腔部，5-1为钢制外壳，其内衬以重质耐热混凝土浇注而成，其侧面有一喷射气入口(即富氧空气)，下侧为吸入气入口(工艺气)，该混合气混合后燃烧进入下部转化炉。
实施例1焦炉气20000Nm3/h从压缩工序来，进工艺气换热器，与转化气间接换热到350℃后进干法脱硫工序，从干法出来的工艺焦炉气总硫被脱至3mg/m3以下，进工艺焦炉气喷射泵，抽吸从各工序回收的蒸汽冷凝液，冷凝液量为8t/h，用泵送至喷射泵，部分水被汽化，没有汽化的水被雾化随工艺焦炉气(温度约为270℃)进入蒸汽、工艺气换热器换热，其中水被全部汽化，温度上升至400℃。出来的工艺气进入转化气换热器被加热至650℃进转化炉，在转化炉炉头的喷射混合器，上述气体与8000m3/h富氧空气(含氧量40～50％)混合，并完成部分工艺气的燃烧，使工艺气升温，使汽(蒸汽)∶气(工艺气)的体积为0.8∶1，高温气体在转化炉催化剂作用下进行甲烷转化，出口甲烷含量降至0.4％以下(原料气甲烷在焦炉气中占23％)，转化率在96％以上。出炉的950℃的高温气体进转化气换热器与进转化率炉的蒸汽工艺气混合气换热。从转化气换热器出来的转化气温度降至750℃进入工艺气换热器，将工艺气加热至350℃去干法脱硫，从工艺气换热器出来的转化气630℃进入蒸汽、工艺气换热器降至380℃去变换工序。
权利要求
1.一种甲烷转化工艺，其特征在于它包括以下几个步骤(1)工艺气经“工艺气换热器”被加热，加热后到干法脱硫工序；(2)经脱硫的工艺气在喷射泵与冷凝液混合，从喷射泵出来工艺气进入“蒸汽、工艺气混合气的换热器”换热，其中水全部被汽化；(3)从(2)工序来的工艺气进入“转化气换热器”，被加热后进转化炉；(4)上述气体与富氧空气在转化炉上的混合气装置混合，并使部分工艺气完成燃烧；(5)高温气体在转化炉的催化剂作用下，进行甲烷转化；(6)出炉的高温气体进“转化气换热器”与进转化炉的蒸汽工艺气混合气换热，从“转化气换热器”出来的转化气温度降低后进入“工艺气换热器”；将工艺气加热并送去干法脱硫，从“工艺气换热器”出来的转化气进入“蒸汽、工艺气混合气换热器”，降温后去变换工序。
2.根据权利要求1所述的甲烷转化工艺，其特征在于所述的工艺气经“工艺气换热器”加热至335～365℃后送至干法脱硫工序，所述的被脱硫的工艺气在工艺气喷射泵与冷凝液混合后，进蒸汽、工艺气换热器时的温度为250-270℃，出口时温度达400-410℃，随后进入“转化气换热器”，它被加热至635～665℃后进入转化炉；从转化炉出来的气体温度为930～960℃，转化气在“转化气换热器”被降温到740～750℃后，先后进入“工艺气换热器”、“蒸汽、工艺气换热器”，到变换工序的温度降低至380℃；所述的蒸汽与工艺气的用量体积比控制在0.7-0.9∶1。
3.根据权利要求2所述的甲烷转化工艺，其特征在于所述的工艺气经“工艺气换热器”加热至350℃后送至干法脱硫工序，所述的被脱硫的工艺气进入“转化气换热器”，它被加热至650℃后进入转化炉；从转化炉出来的气体温度为950℃，转化气在转化气换热器被降温至750℃，到变换工序时转化气的温度降至380℃；所述的蒸汽与工艺气的用量体积比为0.8∶1。
全文摘要
本发明公开了一种甲烷转化工艺,该工艺包括:工艺气经加热后送至干法脱硫工序,脱硫的工艺气在喷射泵与冷凝液混合,经换热,水被汽化,再经加热进入转化炉,上述气体与富氧空气在转化炉上的混合气装置混合,并使部分工艺气燃烧,高温气体在转化炉的催化剂作用下进行甲烷转化,高温转化气换热,降温送至变换工序。本发明的优点是:没有燃烧加热设备及相关的定型动力设备,简化工艺,减少投资,节能,没有烟气排放,有利于环境保护。工艺中利用了车间蒸汽冷凝液以及转化炉上部的燃烧产物水和二氧化碳作为原料,经济、适用。
文档编号C01B3/00GK1306938SQ00100438
公开日2001年8月8日 申请日期2000年1月31日 优先权日2000年1月31日
发明者王喜晶 申请人:王喜晶