焦炉煤气与发生炉煤气制备天然气及余热利用方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法及采用这种方法产生天然气的生产装置，所述方法以焦炉煤气和发生炉煤气为原料进行甲烷化处理，对经甲烷化处理后的气体进行气体分离，形成由甲烷构成的天然气并副产氮气，所述氮气作为氮气源接入干熄焦的氮气循环系统，在余热锅炉中放热后的氮气作为冷却气经除尘后回用于熄焦炉，在熄焦炉中吸热后的氮气经过除尘后用于余热锅炉进行余热利用。所述生产装置包括相互连接的甲烷化装置和氮分离装置，所述氮分离装置的氮气出口接入干熄焦的氮气循环系统。本发明降低了制备天然气的生产成本并有效地利用了副产的氮气和余热，减少了能量和物质资源的浪费，避免了环境污染，提高了经济效益。
【专利说明】焦炉煤气与发生炉煤气制备天然气及余热利用方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及天然气的生产及余热利用技术，具体为一种焦炉煤气与发生炉煤气制备天然气及余热利用的方法及采用该方法生产天然气且进行余热利用的生产系统。
【背景技术】
[0002]焦炉煤气是焦化行业在生成焦炭过程产生的副产品，炼焦煤在隔绝空气条件下加热到100(TC左右进行高温干馏，通过热分解和结焦作用产生出焦炭、焦炉煤气和其他炼焦化学产品，经过净化的煤气属中热值煤气，发热量为17500kJ/Nm3左右，每吨煤约产炼焦煤气300-400 m3，约占装炉煤质量的16%-20%，其主要成分是氢和甲烷，可分离出供化学合成用的氢气和代替天然气的甲烷，但通过分离方式制备氢气和天然气的工艺较为复杂，成本较高，实际推广有较大难度，而直接用作燃料则因热值相对较低不适于长距离输送，除炼焦设备就地消耗一少部分之外，剩余的大部分焦炉煤气则需要另找出路，否则只能点“天灯”白白烧掉甚至直接排空，造成大量的资源浪费且污染环境，因此焦炉煤气的综合利用成为炼焦企业生存与发展的关键，目前一些大型的炼焦企业建设了焦炉煤气制甲醇项目，但焦炉煤气制甲醇技术复杂，投资较大，而且国内甲醇产能过剩，经济效益难以保证，特别是对于中小焦化企业生产规模相对较小，焦炉煤气产量少，制备甲醇更是缺乏成本优势。
[0003]为提高焦炉煤气的利用价值，人们还提出了一种通过甲烷化处理技术将焦炉煤气制备成由甲烷组成的天然气(人工天然气)，甲烷化的主要作用是将焦炉煤气中的一氧化碳和二氧化物通过氢气还原为甲烷，由于炼焦煤气中氢的含量很高，经过甲烷化工艺后的气体中依然存在大量的氢，依然需要进行氢气的分离，由此不仅是工艺过程依然比较复杂，生产成本较高，而且副产氢气的经济效益也不理想，影响了这种技术在实践中的推广利用。
[0004]另外，干熄焦是炼焦的一个重要工艺过程，将红焦从熄焦炉的顶部送入熄焦炉，将惰性冷却气从熄焦炉的底部送入熄焦炉，在熄焦炉内红焦和冷却气相互逆向流动以便对红焦进行冷却，经过熄焦炉后冷却气变为高温气，从熄焦炉的高温气出口排出，排出的高温气可以经过除尘后送入余热锅炉进行热交换，使其中的热能得以回收利用，同时因温度下降可回用于熄焦炉作为冷却气，由此形成惰性气体的循环利用，但是这种循环系统不可避免地存在气体损耗，需要持续或经常地进行气体补充，现有技术下所述冷却气通常采用以空气为原料通过制氮机制备的氮气，因此需要配备相应的制氮装置及管道和控制系统，还需要消耗动力和付出其他运行成本。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，还提供了采用这种方法制备天然气的生产装置，这种方法和装置可以有效地利用两种原料气的成分差异，将焦炉煤气中的氢在甲烷化过程中得到充分利用，同时使发生炉煤气中的一氧化碳和二氧化碳也都得以转换，并能够将副产的氮气用于干熄焦和余热锅炉，以充分利用各种资源和能源，简化生产工艺，降低产生成本，提高经济效益。
[0006]本发明所采用的技术方案为:
一种焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，以焦炉煤气和发生炉煤气为原料，按比例将用作原料的焦炉煤气和发生炉煤气送入甲烷化装置进行甲烷化处理，经甲烷化处理后的气体的主要成分为甲烷和N2，对经甲烷化处理后的气体进行气体分离，形成氮气和由甲烷构成的天然气，所述氮气作为氮气源接入干熄焦的氮气循环系统，经过余热锅炉进行放热后的氮气作为冷却气经除尘后回用于熄焦炉，经过熄焦炉进行吸热后的氮气做为热介质经除尘后用于余热锅炉进行余热利用。
[0007]一种焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的生产装置，包括相互连接的甲烷化装置和氮分离装置，以焦炉煤气和发生炉煤气为原料，依据甲烷化反应所需h2、CO和CO2三者之间的比例要求，根据用作原料的焦炉煤气和发生炉煤气中h2、CO和CO2的含量，计算焦炉煤气和发生炉煤气之间的配比，按比例将用作原料的焦炉煤气和发生炉煤气送入甲烷化装置进行甲烷化处理，经过甲烷化反应后的气体进入氮分离装置进行气体分离，所述氮分离装置设有天然气出口和氮气出口，所述氮气出口通过管道接入干熄焦的氮气循环系统，所述熄焦炉的高温气出口经第一除尘器除尘接入余热锅炉的高温气进口，所述余热锅炉的低温气出口经第二除尘器接入熄焦炉的冷却气进口。
[0008]本发明的有益效果为:
由于以焦炉煤气和发生炉煤气为原料，并根据甲烷化反应所需比例要求配置焦炉煤气和发生炉煤气的添加量，由此实现了这两种煤气在成分上的互补，以焦炉煤气中多余的氢还原发生炉煤气中的一氧化碳和二氧化碳，使两种煤气中的碳、氢成分都参与甲烧化反应，基本上不存在剩余的氢气及一氧化碳和二氧化碳，使焦炉煤气和发生炉煤气中的相关成分都转换为甲烷，由此简化了工艺，减低了成本，提高了焦炉煤气和发生炉煤气的资源利用价值，避免了资源浪费以及对环境的污染。
[0009]由于副产氮气并可以将氮气就地回用作熄焦炉的冷却气进入熄焦和余热利用的氮气循环中，根据实际测算，形成的氮气足以满足氮气循环系统补充氮气的需要，无需通过制氮装置进行氮气补充，由此解决了熄焦工艺的氮气来源和氮气补充的问题，有利于减少动力消耗，降低成本。
[0010]由于气体分离装置分离出来的氮气通常还具有相对较高的温度，可以将所述氮气分离装置的氮气出口连接所述余热锅炉的进口或进口管道，在余热锅炉中放出热量，使氮气中所含热能得以利用。
[0011]另外，在制备天然气过程中通常还需要设置用于气体冷却的多个热交换设备，这些热交换器的吸热介质通道也可以接入余热锅炉的工作介质管道，例如依据实际温度的配合要求串联在余热锅炉的省煤器或蒸发器的前面或后面，由此进一步提高了对甲烷化过程所产生热量的利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明生产方法的流程示意图；
图2是本发明生产装置的结构示意图；
图3是本发明生产装置另一种实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]本发明采用净化后的焦炉煤气与发生炉煤气按比例混合制备天然气，利用这两种煤气各自成分的不同，按照甲烷化反应应有的比例关系进行这两种煤气的配置，从而在甲烷化中各种成分都能够得到充分反应，制备出纯度较高的天然气，同时将副产的氮气作为氮气源接入干熄焦的氮气循环系统，以补充氮气循环系统中所流失的氮气并通过氮气循环系统中的余热锅炉实现对其所含热量的利用。
[0014]其中，焦炉煤气是炼焦的副产品，其组成、含量(体积百分比)和热值可见下表:
【权利要求】
1.一种焦炉煤气与发生炉煤气制备天然气及余热利用的方法，其特征在于以焦炉煤气和发生炉煤气为原料，按比例将用作原料的焦炉煤气和发生炉煤气送入甲烷化装置进行甲烷化处理，经甲烷化处理后的气体的主要成分为甲烷和N2，对经甲烷化处理后的气体进行气体分离，形成氮气和由甲烷构成的天然气，所述氮气作为氮气源接入干熄焦的氮气循环系统，经过余热锅炉进行放热后的氮气作为冷却气经除尘后回用于熄焦炉，经过熄焦炉进行吸热后的氮气做为热介质经除尘后用于余热锅炉进行余热利用。
2.如权利要求1所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于依据甲烷化反应所需H2、CO和CO2三者之间的比例要求，根据用作原料的焦炉煤气和发生炉煤气中H2、CO和CO2的含量，计算焦炉煤气和发生炉煤气之间的配比。
3.如权利要求2所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于在甲烷化完全反应的理论比例上适度增大焦炉煤气的添加量，适度提高甲烷化反应中施加氢气的比例，焦炉煤气的添加量采用使甲烷化后的气体中氢含量为0.25-0.8%时的添加量。
4.如权利要求3所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于所述作用原料的焦炉煤气和发生炉煤气采用经过净化后的净焦炉煤气和净发生炉煤气，去除其中的焦油、苯、萘、硫化物等杂质。
5.如权利要求1所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于所述发生炉煤气以无烟煤、烟煤或褐煤制得，根据发生炉煤气所用原料的煤种分别计算或设定所述用作原料的焦炉煤气与发生炉煤气的配比，当所述发生炉煤气为无烟煤制得的发生炉煤气时，焦炉煤气用量相对于两种煤气总用量的体积百分比为79-82%，当所述发生炉煤气为以烟煤制得的发生炉煤气时，焦炉煤气用量相对于两种煤气总用量的体积百分比为80-83%，当所述发生炉煤气为以褐煤为原料制得的发生炉煤气时，焦炉煤气用量相对于两种煤气总用量的体积百分比为78-81%。
6.如权利要求1所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于采用相互串联的三级或多于三级的甲烷化设备实现和完成所述的甲烷化反应，在第一级甲烷化设备中只送入全部或大部分所述发生炉煤气进行甲烷化反应，在后续的甲烷化设备中送入前一级甲烷化设备反应后的气体以及用作原料的所述焦炉煤气或所述焦炉煤气和所述发生炉煤气的剩余部分，其中所述焦炉煤气分成多份分别送入第一级之后的各级甲烷化设备。
7.如权利要求6所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于所述甲烷化装置为三级相互串联的甲烷化设备，将全部的发生炉煤气送入第一级甲烷设备进行甲烷化反应，在第二级甲烷化设备中送入第一级甲烷化设备反应后的气体和40%的焦炉煤气进行甲烷化反应，在第三级甲烷化设备中送入第二级甲烷化设备反应后的气体和剩余60%的发生炉煤气进行甲烷化反应。
8.如权利要求6所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于所述甲烷化装置为四级相互串联的甲烷化设备，将80%的发生炉煤气送入第一级甲烷设备进行甲烷化反应，在第二级甲烷化设备中送入第一级甲烷化设备反应后的气体和40%的焦炉煤气进行甲烷化反应，在第三级甲烷化设备中送入第二级甲烷化设备反应后的气体、20%的焦炉煤气和剩余20%的发生炉煤气进行甲烷化反应，在第四级甲烷化设备中送入第三级甲烷化设备反应后的气体和剩余40%的焦炉煤气进行甲烷化反应。
9.如权利要求1所述的焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的方法，其特征在于所述甲烷化装置由一级或多级甲烷化设备构成，对经过所述甲烷化设备反应之后的气体进行降温，以适应后续工艺的要求，所述降温采用热交换方法并回收利用降温所释放出来的热量，对甲烷化反应完成后的气体进行气体分离，将其中所含的氮气分离出来，分离氮气后的气体主要包含甲烷，经净化处理或者不经净化处理作为天然气。
10.一种焦炉煤气与发生炉煤气耦合生产天然气的生产装置，其特征在于包括相互连接的甲烷化装置和氮分离装置，以焦炉煤气和发生炉煤气为原料，依据甲烷化反应所需h2、CO和CO2三者之间的比例要求，根据用作原料的焦炉煤气和发生炉煤气中H2、CO和CO2的含量，计算焦炉煤气和发生炉煤气之间的配比，按比例将用作原料的焦炉煤气和发生炉煤气送入甲烷化装置进行甲烷化处理，经过甲烷化反应后的气体进入氮分离装置进行气体分离，所述氮分离装置设有天然气出口和氮气出口，所述氮气出口通过管道接入干熄焦的氮气循环系统，所述熄焦炉的高温气出口经第一除尘器除尘接入余热锅炉的高温气进口，所述余热锅炉的低温气出口经第二除尘器接入熄焦炉的冷却气进口。
【文档编号】C10L3/10GK104178234SQ201410224865
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】顾君尧 申请人:顾君尧