[发明专利]一种含烃气体的零排放处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于能源环境领域，具体地说是涉及一种含烃气体的零排放处理工艺。

背景技术

在石油开采过程中，常常有伴生气的产生。这种石油伴生气中主要含有甲烷以及C₂～C₅的烃类组分。由于采油的特殊条件限制等原因(譬如油田处于海上、或者交通偏远地区)，这些伴生气无法集中被充分利用，除了一部分用于发电自给外，其余都通过燃烧的方式排放于大气之中。由于甲烷气体的温室效应远远大于二氧化碳，所以这种方式可以减小这些排放烃类气体对环境的危害。但是，无论如何燃烧生成的二氧化碳依然是温室气体，因此这种处理的方式并没有从根本上解决被排放烃类气体产生的环境危害。并且由于分子量较大的烃类气体在自然燃烧的过程中并不完全，因此产生大量的黑色烟尘弥散在空气中。虽然采用压缩冷却的方式可以将其中C₂～C₅的烃类气体液化(作液化石油气使用)，从而减少燃烧所产生的黑色烟尘，但是依然没有彻底解决燃放造成的温室效应。类似的含烃类气体的排放现象还发生在煤矿开采、煤炭加工以及石油炼化等行业中，给环境造成的影响是长期的，具有累积效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含烃气体的零排放处理工艺，本发明通过催化/非催化方式将烃类气体裂解为氢气和碳材料；经气固分离后，氢气用作燃料为裂解过程提供热量，而固相产物则收集为产品。由于本发明工艺最终的产物为水和碳，因此将原本排放的烃类气体产生的环境危害降至为零，基本上解决了现有技术存在的对环境危害的问题。

本发明提供一种含烃气体的零排放处理工艺，包括如下的步骤：

(a)将含烃气体在催化剂或者无催化剂的作用下于500～1200℃、常压条件下进行裂解，将得到的产物冷却至20～150℃，得到气固混合物；

所述的含烃气体为含有下列的至少一种烃类气体的气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、丙烯、丁烯、石油液化气、油田伴生气、天然气、煤层气、焦炉煤气、裂解气或者它们的混合气体。

为了提高催化剂的单程活性，所述的含烃气体也可以是将选自上述的至少一种含烃气体与氢气的混合气体，其中氢气的体积含量占混合气体总体积的1～99％。

所述的催化剂为沉积在一惰性载体上的金属，所述的金属为选自Fe，Co，Ni，Mo，Cr，V，La，Pt，Y，Cu，Ag中的一种或其组合，所述的惰性载体为碳、Al₂O₃、MgO、TiO₂或其组合，或者分子筛载体。

步骤(a)中的含烃气体裂解是在裂解反应器中完成的，所述的裂解反应器是固定床、移动床、流化床、气流床、团聚床，或者它们的组合反应器；所述的组合反应器可以是不同类型反应器的组合，也可以是同一类反应器的组合。反应器的组合越多，相当于反应的级数越多，烃类组分分解的越完全。不同类型的反应器各有优缺点，不同类型反应器之间的组合，可以做到取长补短。

在步骤(a)中得到的产物分两部分，一部分是气相，另一部分是固相。气相产物的组成是氢气，包括未分解完全的烃类，还包括一些来自原料不可避免的杂质气体。固相产物是碳材料(或者包含一些催化剂)，碳可以是碳纳米管、碳纤维或者非晶碳等。气相产物和固相产物的混合程度视所使用反应器的类型不同而不同，对固定床和移动床，产物离开反应器时基本各自分离，而对于流化床、气流床、团聚床，气相和固相产物离开反应器时混合在一起。

由于裂解产物离开反应器时携带高温，不利于下游工艺，因此需要给予换热冷却。所述的冷却方式是气-气冷却或气-液冷却。在本发明的技术方案中，优选地，采用列管换热器进行气-气冷却，冷却后的温度在20～150℃之间。在本发明的技术方案中，优选地，采用含烃气体或者氢气燃烧用空气做为冷却介质，以提高工艺整体能量利用效率。

(b)将步骤(a)得到的气固混合物进行气-固分离；

所述的气-固分离可以采用一级或者多级旋风分离器或者轴流分离器来完成，分离器和裂解反应器搭配使用，其级数和裂解反应器的类型和级数相匹配。

(c)将步骤(b)中分离出的固相产物作为产品收集；

(d)将步骤(b)中分离出的气相产物用做燃料，为步骤(a)的含烃气体裂解提供能量；

(e)将步骤(d)所产生的燃烧产物冷却至20～150℃。