[发明专利]一种利用高浓度CO制取甲烷的装置和工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种制取甲烷的装置和工艺，具体涉及是利用化工尾气中含有的高浓度CO制取甲烷的装置和工艺，属于化工技术领域。

背景技术

随着国民经济的不断发展，环境保护越来越受到人们的重视。以往很多工业排放气都是未经处理就直接排放或燃烧进入大气，随着碳排放的政策不断完善，这些工业排放气都需要再利用或是净化以达到排放要求。目前这些气体利用多种多样，但高浓度的CO气体由于缺乏氢源，利用效果一直不理想，而这种高浓度CO排放气目前排放量依然很大。

以黄磷工业为例，目前在国民经济中仍占有非常重要的地位，是举足轻重的基础化学工业，往往制约黄磷尾气有效利用的主要因素是黄磷尾气的深度净化技术。黄磷尾气中含有大量磷(P)、硫(s)、砷(As)、氟(F)等杂质，其中 PH₃ ;400～9000mg/Nm³，P₄;300～700mg/ Nm³，H₂S;800～1200mg/Nm³,COS;30～80mg/Nm³，、A₃H₃;70～80mg/Nm³,HF;1700mg/Nm³。近年来随着对黄磷尾气净化技术的深入研究，在工业上已能将黄磷尾气中的杂质含量净化至 0.1mg/m³以下，净化后黄磷尾气的纯度能满足碳一化工原料气的要求。

应用净化黄磷尾气作为原料，采用CO变换制氢技术，得到一定H₂/CO比的合成气，用于甲烷合成是一个全新的研究系统。国内外相关的研究与应用表明，目前在工业应用中原料气中的CO均＜10%。本发明应用高浓度CO变换直接甲烷的合理工艺路线，对大气环境治理及黄磷尾气的综合利用及碳一化工的发展具有非常重要的意义。

现有的甲烷化工艺多数是在氢源足够的情况下考虑甲烷化，少数缺乏氢源的情况下也是通过先变换再甲烷化。现有技术的甲烷化工艺如煤气甲烷化都是采用循环出口气，出口气中同样含有大量的氢气，催化剂要求和工艺流程难度大，而且用水量大，温度升温高，不能确保出口气甲烷化彻底完成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种利用高浓度CO制取甲烷的装置和方法，本发明采用直接甲烷化在同一段催化剂层中进行变换补氢和甲烷化，同时循环CO₂进行流程的甲烷化程度控制，有效控制系统温升，催化剂要求和工艺流程难度上相对较小，具有用水量小，温升小，可控性高、副产简单易分离收集等特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种利用高浓度CO制取甲烷的装置，所述装置包括第一段甲烷化反应装置、第二段甲烷化装置和第三段甲烷化装置，进口原料气和进口水蒸气依次通过第一段甲烷化反应装置、第二段甲烷化装置和第三段甲烷化装置后得到产品气；所述第一段甲烷化反应装置包括依次连接的分流器一、换热器一和第一段甲烷化反应器，所述第二段甲烷化装置包括依次连接的第二段甲烷化反应器、换热器三和气液分离器一，所述第三段甲烷化装置包括依次连接的第三段甲烷化反应器、换热器五和气液分离器二。

一种采用上述利用高浓度CO制取甲烷的装置制取甲烷的工艺，所述工艺采用三段甲烷化反应器；进口原料气首先通过分流器一后，一部分进口原料气、进口水蒸气和从第二段甲烷化装置分流出来的循环气混合后进入换热器一，然后再通入第一段甲烷化反应器进行反应；第一段甲烷化反应器出来的出口气与另外一部分进口原料气混合后进入第二段甲烷化反应器进行反应，第二段甲烷化反应器出来的出口气通过换热器三后再进入气液分离器一，第二段甲烷化反应器出口气通过气液分离器一后再次进行分流，一部分第二段甲烷化反应器出口气进入第一段甲烷化反应装置循环，另外一部分第二段甲烷化反应器出口气通过换热器四后进入第三段甲烷化装置；从第三段甲烷化反应器出来的出口气通过换热器五后进入气液分离器二后，得到产品气。作为优选，所述进口原料气中CO体积含量为80%～90%。

进一步优选的，所述进口水蒸气与进口原料气量的比例为0.6:1~1.2:1。

进一步优选的，分流后进入第二段甲烷化反应器原料气与分流后进入第一段甲烷化反应器原料气的分流比为0.6:1～1:1。

进一步优选的，在进入第一段甲烷化反应装置的循环气量与第二段反应器出口气比例：0.5:1～0.73:1的条件下，出口甲烷含量＞26%。