[实用新型]一种带循环气的甲烷化合成甲烷系统

说明书

技术领域

本实用新型属于化工领域合成天然气技术，尤其涉及原料气中一氧化碳和二氧化碳体积浓度总和≥12％时的甲烷化合成甲烷系统。

背景技术

目前甲烷化合成甲烷工艺主要有带循环的绝热甲烷化合成甲烷工艺和不带循环的等温甲烷化合成甲烷工艺。

采用不带循环的等温甲烷化合成甲烷工艺，由于甲烷化反应速度快，反应热点温度将接近平衡温度，对于一氧化碳和二氧化碳含量较高的原料气，甲烷化热点温度将非常高，此时易发生析碳反应造成甲烷化催化剂失效，虽然可以在原料气中直接加入大量蒸汽来稀释原料气中一氧化碳和二氧化碳浓度来控制甲烷化热点温度，由于需要直接加入大量蒸汽，能耗极高；对于一氧化碳和二氧化碳含量较低的原料气，由于等温反应移热，导致甲烷化热点温度不高，甲烷化反应速度随温度降低而降低，催化剂效率将降低。

采用带循环的绝热甲烷化合成甲烷工艺，将反应后甲烷气体返回稀释原料气中一氧化碳和二氧化碳浓度来控制甲烷化热点温度，由于绝热反应后温度较高，反应后气体中一氧化碳和二氧化碳平衡浓度也较高，对于一氧化碳和二氧化碳含量较高的原料气，为了控制甲烷化热点温度，需要加大循环量且增加绝热甲烷化反应器数量，同时还要增加回收绝热甲烷化反应气高温热量的相关设施，造成投资较大，能耗也相对较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：基于以上问题，提出了带循环气的甲烷化合成甲烷系统，从而解决等温甲烷化能耗高、绝热甲烷化投资高的问题，尤其适用于原料气中一氧化碳和二氧化碳体积浓度总和≥12％时的甲烷化合成甲烷。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种带循环气的甲烷化合成甲烷系统，包括原料气输入管路、饱和塔、热水塔、甲烷化反应器和分离器，所述原料气输入管路与饱和塔的气体入口连通，所述饱和塔的气体出口与甲烷化反应器的反应入口连通，所述甲烷化反应器的反应出口与所述热水塔的气体入口连通，所述热水塔的气体出口与所述分离器入口连通，且热水塔的气体出口与分离器之间的管路上还设有一支路的循环气管路与所述饱和塔的气体入口连通，所述饱和塔的水出口与所述热水塔的水入口连通，所述热水塔的水出口与所述饱和塔的水入口连通。

作为选择，所述甲烷化反应器为绝热降温型反应器，反应器内设有原料气依次经过的没有换热的甲烷化催化剂床层和冷却换热的甲烷化催化剂床层。

上述方案中，为了控制甲烷化绝热反应平衡温度，保护催化剂不受高温损害，当进入原料气中一氧化碳和二氧化碳体积浓度总和≥12％时设置循环机将甲烷化反应后气体循环一部分返回甲烷化反应器与原料气混合降低一氧化碳和二氧化碳浓度，同时采用带饱和塔、热水塔的绝热降温型反应工艺合成甲烷：用热水塔回收甲烷化反应后高温气体所含大量蒸汽冷凝热量，然后用饱和塔将热水塔回收的热量使水蒸发进入原料气中，取代现有技术直接加入大量蒸汽来稀释的方式，能耗大幅下降；加入蒸汽结合绝热降温型反应器，有效控制甲烷化热点温度，并减少甲烷化副反应，延长催化剂使用寿命。

作为选择，所述分离器的游离水出口与所述热水塔的水入口连通，所述热水塔的水出口管路分为两路，一路与所述饱和塔的水入口连通，另一路为排出管路。

上述方案中，在热水塔后通过冷却而冷凝下来的冷凝水换热后全部返回到热水塔，在热水塔中溶解在冷凝水中甲烷等气体解析返回到甲烷气体中，甲烷化生成的水最终从热水塔底排除，减少甲烷随生成水排除损失。热水塔既起到回收甲烷化反应后高温气体所含大量蒸汽冷凝热量作用，同时又起到回收甲烷作用，一举两得。

作为选择，所述热水塔气体出口至分离器之间的管路上还依次设有，与原料气输入管路进行换热的第三换热器，以及与循环气管路进行换热的第五换热器。

作为选择，所述循环气管路上设有循环压缩机。

作为选择，所述甲烷化反应器由两个串级的第一、二甲烷化反应器组成，所述饱和塔的气体出口与第一甲烷化反应器的反应入口连通，所述第二甲烷化反应器的反应出口与所述热水塔的气体入口连通，所述原料气输入管路分为两路，一路与所述循环气管路连通至所述饱和塔的气体入口，另一路连通至第二甲烷化反应器的反应入口。

上述方案中，为了控制甲烷化绝热反应平衡温度，保护催化剂不受高温损害，当进入原料气中一氧化碳和二氧化碳体积浓度总和≥12％时同时设置两个串级绝热降温型反应器，将原料气分为两部分，分别进入两个绝热降温型反应器，减少循环压缩机总气量。