專利名稱：一種甲烷轉化工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種甲烷轉化工藝，特別是以天然氣、焦爐氣、石油尾氣為原料生產合成氨的制氣工序中的甲烷轉化。
目前，對含有甲烷的氣體在生產合成氨的過程中使甲烷轉化成H2和CO2的工藝有兩種一種是二段蒸汽甲烷轉化工藝，如
圖1所示工藝氣由壓縮來(天然氣、焦爐氣、石油氣)進一段轉化爐10的對流段一、三段與轉化爐煙氣換熱至350℃去干法脫硫，總硫被脫至3mg/m3以下，從脫硫出來的工藝氣與汽包12來的蒸汽在混合器9混合后又回至一段轉化爐的對流段四段，被加熱至450℃以上進一段轉化爐10，甲烷大部分在一段爐里轉化成氫和二氧化碳后進入二段轉化爐11，在爐頭與經一段爐對流五段加熱的空氣混合至爐頭下部燃燒室燃燒，產生的熱量供二段甲烷轉化所需，從二段爐出來的工藝氣進廢熱鍋爐13進行熱量回收，產生的蒸汽供甲烷轉化使用。廢熱鍋爐出來的工藝氣去CO變換工序。該工藝的水系統是由水汽車間提供的軟水或脫鹽水，由給水泵19輸送給廢熱鍋爐的汽包12，進汽包之前經過水加熱器17回收變換氣的熱量，循環水泵20是將汽包的水送至一段轉化爐對流段二、六段和一段爐的煙氣換熱進行熱量回收后再回汽包。一段爐的燃燒氣由三臺5L壓縮機21供給。一段爐燃燒的煙氣經對流段換熱后由引風機23引出，從煙囪22排往大氣。一段爐雖然盡可能地回收其煙氣熱量，但仍有大量的溫度較高的(200℃)煙氣排往大氣。一段爐結構復雜，爐管等材質要求較高，管理維護難，僅一段爐燃燒用氣占生產合成氨用的原料氣(工藝氣)的二分之一。圖中，14為間斷排污罐；15為連續排污罐；16為水冷器；18為冷凝水泵；19為給水泵；23為引風機；24為儲氣罐，該燃燒氣從活性炭吸附槽來；25為氣水分離器。
另一種是“部分氧化法”工藝，見圖2。該工藝與方法一不同的是由圓筒式的加熱爐代替一段轉化爐。其工藝過程是原料氣從壓縮來，進工藝氣換熱器26殼程與轉化氣換熱，被加熱的氣體去干法脫硫工序，經過脫硫，總硫達到20mg/m3以下，干法脫硫來的工藝氣與廢熱鍋爐來的蒸汽在混合器27混合，進蒸汽、工藝氣換熱器28進一步與轉化氣換熱后，再進圓筒式加熱爐29加熱至650℃后進入轉化爐30。在轉化爐與經過加熱爐對流段與煙氣換熱后的富氧空氣混合，至轉化爐上部燃燒室燃燒，并進入催化劑層進行甲烷轉化反應()，轉化氣從轉化爐出來，先后進廢熱鍋爐31、蒸汽、工藝氣換熱器28和工藝氣換熱器26進行熱量回收后進入變換工序。32為汽包，33為間斷排污罐，34為連續排污罐，35為除氧槽，36為給水泵，37為燃燒氣壓縮機，38為鼓風機，39為引風機，40為煙囪。該工藝的廢熱鍋爐供水系統和加熱爐的燃氣供給系統與第一種工藝基本相同。
該工藝與第一種工藝相比，雖然去掉了一段轉化爐，但增加加熱爐，燃燒煙氣的熱量部分被回收，大部分仍然排往大氣。
本發明的目的在于提供一種甲烷轉化工藝，該工藝沒有燃燒加熱的設備，不僅簡化工藝，減少投資、節能，而且沒有煙氣排放，對環境保護有重要的作用。在轉化爐燃燒的產物水和二氧化碳均是生產的原料。
為實現上述目的，本發明采取以下設計方案一種甲烷轉化工藝，它包括以下幾個步驟(1)工藝氣經“工藝氣換熱器”被加熱，加熱后到干法脫硫工序；(2)經脫硫的工藝氣在噴射泵與冷凝液混合，從噴射泵出來工藝氣進入“蒸汽、工藝氣混合氣的換熱器”換熱，其中水全部被汽化；(3)從(2)工序來的工藝氣進入“轉化氣換熱器”，被加熱后進轉化爐；(4)上述氣體與富氧空氣在轉化爐上的混合氣裝置混合，并使部分工藝氣完成燃燒；(5)高溫氣體在轉化爐的催化劑作用下，進行甲烷轉化；(6)出爐的高溫氣體進“轉化氣換熱器”與進轉化爐的蒸汽工藝氣混合氣換熱，從“轉化氣換熱器”出來的轉化氣溫度降低后進入“工藝氣換熱器”；將工藝氣加熱并送去干法脫硫，從“工藝氣換熱器”出來的轉化氣進入“蒸汽、工藝氣混合氣換熱器”，降溫后去變換工序。
本發明的優點是它比前二種工藝節省許多運轉設備，第一種工藝的引風機二臺，循環泵二臺，燃氣壓縮機三臺均可被省掉；第二種工藝的加熱爐鼓風機二臺，引風機二臺，燃燒氣壓縮機三臺均可被省掉，還可以節省許多靜止設備；沒有燃燒加熱設備，不僅簡化工藝，減少投資，而且沒有煙氣排放，對環境保護有重要作用，在工藝中利用了車間的蒸汽冷凝液，以及轉化爐燃燒的產物水和二氧化碳均是生產的原料，經濟適用。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1一、二段甲烷蒸汽轉化工藝流程圖；圖2甲烷部分氧化法工藝流程圖3本發明工藝框圖；圖4圖3中轉化氣換熱器示意圖；圖5；圖3中轉化爐爐頭噴射混合氣示意圖。
圖3中工藝氣從壓縮工序來，經工藝氣換熱器1被加熱到335～365℃，再到干法脫硫工序，經脫硫后的工藝氣在工藝氣噴射泵2與冷凝液混合，貯槽8中存有冷凝液，冷凝液經泵7送至噴射泵，在噴射泵中，部分水被汽化，沒有被汽化的水霧化進入“蒸汽、工藝氣換熱器”3換熱，其中水被全部汽化。進蒸汽、工藝氣換熱器時的溫度為250℃-270℃，出口時溫度達400℃-410℃，出來的工藝氣進入轉化氣換熱器4，被加熱至635～665℃進轉化爐6，在轉化爐爐頭的噴射混合器5上述氣體與富氧空氣混合，并完成部分工藝氣的燃燒，高溫氣體在轉化爐催化劑作用下進行甲烷轉化，出爐的930℃～960℃的高溫氣體進轉化氣換熱器4與進轉化爐的蒸汽工藝氣混合氣換熱。從轉化氣換熱器出來的轉化氣溫度降至740～750℃進入工藝氣換熱器1，將工藝氣加熱至340～350℃去干法脫硫，從工藝氣換熱器出來的轉化氣630～640℃進入蒸汽、工藝氣換熱器3降至380℃去變換工序。本工藝中，蒸汽與工藝氣的用量體積比控制在0.7～0.9∶1范圍內。在轉化爐中，以富氧空氣的用量調節轉化爐出口氣體的溫度，以維持出爐時轉化氣溫度在930～960℃之間。
圖4所示，該轉化氣換熱器為U形，4-5為U形管束，4-6為半彎管，轉化氣走管內，4-9為進口管箱，4-1為出口管箱，4-2為出口管板，4-3為殼體，4-8為入口管板，殼體內走工藝氣，4-7為全折流板，4-4為半波膨脹節。
圖5中，5-5為襯套，其頂部為封頭5-3,5-4為連接用法蘭，5-2為腔部，5-1為鋼制外殼，其內襯以重質耐熱混凝土澆注而成，其側面有一噴射氣入口(即富氧空氣)，下側為吸入氣入口(工藝氣)，該混合氣混合后燃燒進入下部轉化爐。
實施例1焦爐氣20000Nm3/h從壓縮工序來，進工藝氣換熱器，與轉化氣間接換熱到350℃后進干法脫硫工序，從干法出來的工藝焦爐氣總硫被脫至3mg/m3以下，進工藝焦爐氣噴射泵，抽吸從各工序回收的蒸汽冷凝液，冷凝液量為8t/h，用泵送至噴射泵，部分水被汽化，沒有汽化的水被霧化隨工藝焦爐氣(溫度約為270℃)進入蒸汽、工藝氣換熱器換熱，其中水被全部汽化，溫度上升至400℃。出來的工藝氣進入轉化氣換熱器被加熱至650℃進轉化爐，在轉化爐爐頭的噴射混合器，上述氣體與8000m3/h富氧空氣(含氧量40～50％)混合，并完成部分工藝氣的燃燒，使工藝氣升溫，使汽(蒸汽)∶氣(工藝氣)的體積為0.8∶1，高溫氣體在轉化爐催化劑作用下進行甲烷轉化，出口甲烷含量降至0.4％以下(原料氣甲烷在焦爐氣中占23％)，轉化率在96％以上。出爐的950℃的高溫氣體進轉化氣換熱器與進轉化率爐的蒸汽工藝氣混合氣換熱。從轉化氣換熱器出來的轉化氣溫度降至750℃進入工藝氣換熱器，將工藝氣加熱至350℃去干法脫硫，從工藝氣換熱器出來的轉化氣630℃進入蒸汽、工藝氣換熱器降至380℃去變換工序。
權利要求
1.一種甲烷轉化工藝，其特征在于它包括以下幾個步驟(1)工藝氣經“工藝氣換熱器”被加熱，加熱后到干法脫硫工序；(2)經脫硫的工藝氣在噴射泵與冷凝液混合，從噴射泵出來工藝氣進入“蒸汽、工藝氣混合氣的換熱器”換熱，其中水全部被汽化；(3)從(2)工序來的工藝氣進入“轉化氣換熱器”，被加熱后進轉化爐；(4)上述氣體與富氧空氣在轉化爐上的混合氣裝置混合，并使部分工藝氣完成燃燒；(5)高溫氣體在轉化爐的催化劑作用下，進行甲烷轉化；(6)出爐的高溫氣體進“轉化氣換熱器”與進轉化爐的蒸汽工藝氣混合氣換熱，從“轉化氣換熱器”出來的轉化氣溫度降低后進入“工藝氣換熱器”；將工藝氣加熱并送去干法脫硫，從“工藝氣換熱器”出來的轉化氣進入“蒸汽、工藝氣混合氣換熱器”，降溫后去變換工序。
2.根據權利要求1所述的甲烷轉化工藝，其特征在于所述的工藝氣經“工藝氣換熱器”加熱至335～365℃后送至干法脫硫工序，所述的被脫硫的工藝氣在工藝氣噴射泵與冷凝液混合后，進蒸汽、工藝氣換熱器時的溫度為250-270℃，出口時溫度達400-410℃，隨后進入“轉化氣換熱器”，它被加熱至635～665℃后進入轉化爐；從轉化爐出來的氣體溫度為930～960℃，轉化氣在“轉化氣換熱器”被降溫到740～750℃后，先后進入“工藝氣換熱器”、“蒸汽、工藝氣換熱器”，到變換工序的溫度降低至380℃；所述的蒸汽與工藝氣的用量體積比控制在0.7-0.9∶1。
3.根據權利要求2所述的甲烷轉化工藝，其特征在于所述的工藝氣經“工藝氣換熱器”加熱至350℃后送至干法脫硫工序，所述的被脫硫的工藝氣進入“轉化氣換熱器”，它被加熱至650℃后進入轉化爐；從轉化爐出來的氣體溫度為950℃，轉化氣在轉化氣換熱器被降溫至750℃，到變換工序時轉化氣的溫度降至380℃；所述的蒸汽與工藝氣的用量體積比為0.8∶1。
全文摘要
本發明公開了一種甲烷轉化工藝,該工藝包括:工藝氣經加熱后送至干法脫硫工序,脫硫的工藝氣在噴射泵與冷凝液混合,經換熱,水被汽化,再經加熱進入轉化爐,上述氣體與富氧空氣在轉化爐上的混合氣裝置混合,并使部分工藝氣燃燒,高溫氣體在轉化爐的催化劑作用下進行甲烷轉化,高溫轉化氣換熱,降溫送至變換工序。本發明的優點是:沒有燃燒加熱設備及相關的定型動力設備,簡化工藝,減少投資,節能,沒有煙氣排放,有利于環境保護。工藝中利用了車間蒸汽冷凝液以及轉化爐上部的燃燒產物水和二氧化碳作為原料,經濟、適用。
文檔編號C01B3/00GK1306938SQ00100438
公開日2001年8月8日 申請日期2000年1月31日 優先權日2000年1月31日
發明者王喜晶 申請人:王喜晶