[发明专利]复合塔式甲烷化装置及甲烷化工艺

说明书

本发明提供一种复合塔式甲烷化装置及甲烷化工艺：原料气经缠绕式换热器II，与高温气换热后进入缠绕式换热器I换热，再经等温催化剂床层I进行甲烷化反应形成高温气I；高温气I经过缠绕式换热器I降温后进入绝热固定催化剂床层I，反应后的高温气降温后，进入等温催化剂床层II，形成高温气II；高温气II经过缠绕式换热器II降温后进入绝热固定催化剂床层II，并连续进行降温，再通过气液分离器I气液分离，气相进入缠绕式换热器II，与高温气换热后进入补充甲烷化反应器；反应后的工艺气依次通过锅炉给水预热器III、空冷器、水冷器和气液分离器II，分离出产品天然气。该工艺具有更高的经济效益，更低的综合能耗，更小的设备尺寸。

技术领域

本发明涉及甲烷化技术领域，更具体地，涉及一种复合塔式甲烷化装置及甲烷化工艺。

背景技术

甲烷化是煤制替代天然气的核心技术，甲烷化反应是强放热、体积减小的反应，目前，现有工业化装置的甲烷化工艺均为多段绝热固定床反应工艺，为了快速移走反应热并保证反应温升不至于过大，均通过循环部分产品气达到控制反应温度的目的，这样就增加了循环压缩机的设置，增加了能耗及操作费用。同时为了得到满足产品要求的天然气，需要设置多级绝热固定床反应器，各级间设置多台换热器回收反应热，这样就造成流程复杂，并进一步增加了投资以及占地。

发明内容

本发明的目的是针对现有甲烷化工艺中流程复杂、投资大、能耗高、占地大等问题，本发明提供一种复合塔式甲烷化装置及甲烷化工艺，结合绝热固定床反应器、等温反应器、缠绕式换热器的特点及优势，简化了流程，加深反应平衡，减少甲烷化反应器的设置。

为了实现上述目的，本发明提供一种复合塔式甲烷化装置，该装置包括：

第一级复合塔式甲烷化反应器I、蒸汽发生器I、锅炉给水预热器I第二级复合塔式甲烷化反应器II、蒸汽发生器II、锅炉给水预热器II、除盐水预热器I、气液分离器I、补充甲烷化反应器、锅炉给水预热器III、空冷器、水冷器和气液分离器II；

所述第一级复合塔式甲烷化反应器I内的上部为绝热固定催化剂床层I，下部为等温催化剂床层I，中部为缠绕式换热器I；所述第二级复合塔式甲烷化反应器II内的上部为绝热固定催化剂床层II，下部为等温催化剂床层II，中部为缠绕式换热器II；

所述缠绕式换热器II的出口与所述缠绕式换热器I的入口相连接，绝热固定催化剂床层I(的出口通过蒸汽发生器I、锅炉给水预热器I与等温催化剂床层II的入口相连接，绝热固定催化剂床层II的出口与蒸汽发生器II、锅炉给水预热器II、除盐水预热器I、气液分离器I依次相连接，气液分离器I的顶部与缠绕式换热器II的入口相连接，缠绕式换热器II的出口与补充甲烷化反应器、锅炉给水预热器III、空冷器、水冷器和气液分离器II依次相连接。

根据本发明提供的装置，优选地，所述缠绕式换热器I和等温催化剂床层I的直径大于绝热固定催化剂床层I的直径；所述缠绕式换热器I和等温催化剂床层I的对应壳体均设置耐磨、耐热的衬里。

根据本发明提供的装置，优选地，所述缠绕式换热器II和等温催化剂床层II的直径大于绝热固定催化剂床层II的直径；所述缠绕式换热器II和等温催化剂床层II的对应壳体均设置耐磨、耐热的衬里。

根据本发明提供的装置，优选地，所述等温催化剂床层I和等温催化剂床层II均采用列管式固定床型式，其列管内为锅炉给水，列管外为催化剂床层。

根据本发明提供的装置，优选地，所述缠绕式换热器I和缠绕式换热器II均为单股流换热，或者多股流换热。

本发明还提供一种采用如上所述装置的甲烷化工艺，该工艺包括如下步骤：