[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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1000℃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。 

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。 

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

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。 

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。

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。 

本发明的有益效果为：