[发明专利]一种焦炉气生产甲烷的工艺

说明书

技术领域

一种涉及焦炉气生产甲烷的工艺，包括对焦炉气的净化处理，加压后进行分离得到甲烷 以及混合产物的一种焦炉气生产甲烷的工艺。

技术背景

焦炭生产过程中产生大量的焦炉气，其一般组成为：H₂：40～70％，CH₄：10.0～30.0％， CO：5～15％，N₂：2～10％，CO₂：1～5％，C_nH_m：2～4％，O₂：0.1～1.5％以及少量杂质。其主要用途 是发电，生产甲醇、氨、尿素、氢气、生产和生活用煤气，还有部分焦炉气直接燃烧排放， 利用率不高且污染大气。

焦炉气生产甲烷的方法分为两种，即化学方法和物理方法。其中，化学方法的甲烷化反 应原理如下：

从上述反应方程式可以看出反应是可逆的，所以，如果反应物中含有生成物甲烷，则会 降低反应速率，进而影响收率。

物理方法包括变压吸附分离、深冷分离和膜分离三种分离方法，其特点是对混合气体中 的目标气体进行提纯。

现有文献公开报道的有CN1952082A的“一种采用物理方法分离焦炉气生产液化天然气的 方法”，该方法将处理后的焦炉气加压至一定压力，脱硫、脱焦油和除杂净化工序后进行变 压吸附，分别得到氢气、一氧化碳、氮气和低碳烃。低碳烃处理后得到液态甲烷，氢气、一 氧化碳等储存备用，氮气排入空气。该方法是单纯的物理提纯方法，甲烷产量仅限于原料气 中存在的甲烷，其体积百分比在10～30％之间。单纯采用物理方法获得甲烷存在的一个共同问 题是分离出甲烷后，剩余的氢气、一氧化碳等被储存或者是用作燃料，因此，焦炉气生产甲 烷的收率受到了很大影响。

现有文献公开报道的有CN 101100622A的“一种利用焦炉气生产合成天然气的方法及其装 置”，该专利的焦炉气经脱焦油、脱硫脱氨、压缩和精脱硫净化工序后进行补碳，然后在催 化剂的作用下直接进行甲烷化反应，得到以甲烷为主的混合气，混合气再进行浓缩、提纯得 到合成天然气。存在的问题是净化后的焦炉气未经甲烷分离，而直接进行甲烷化反应，降低 了反应速率和反应收率；其次是将焦炉气生产合成天然气后剩余的二氧化碳直接除去，PAS 尾气直接进入焦炉系统进行燃烧，这样焦炉气生产合成天然气的收率也同样受到了很大影响。

现有文献公开报道的有CN 1919985A的“一种利用焦炉气制备合成天然气的方法”，该方 法是将焦炉气进行脱硫、脱焦油和除杂净化工序后，在催化剂的作用下直接进行甲烷化反应， 反应完成后，以甲烷为主的混合气(其中，按体积百分比为：H₂42.76％，N₂5.2％，CH₄+C_nH_n51.76％) 分为两部分，一部分返回甲烷化装置以稀释反应器中一氧化碳和二氧化碳的浓度，另一部分 则进入变压吸附装置进行分离，分离出氢气(39.48％)和以甲烷、氢气、氮气为主的合成天 然气(其中，按体积百分比为：H₂3.28％，N₂5.44％，CH₄+C_nH_n90.85％)，分离出的氢气(39.48％) 用作燃料。该方法存在的不足之处是：①净化后的焦炉气没有经过甲烷分离，而直接进行甲 烷化反应。由甲烷化反应原理以及焦炉气的组成可知，反应可逆且反应物中含有一部分甲烷， 所以，降低了甲烷化反应的速率。②甲烷化反应后，以甲烷为主的混合气体，一部分返回甲 烷化装置，使甲烷化反应器中的甲烷浓度提高，由反应原理可知，甲烷化反应速率进一步降 低，直接导致反应时间、循环周期以及催化剂用量的增加。③焦炉气中一氧化碳和二氧化碳 含量较少，而氢气的含量较多，多达39.48％的氢气没有转化为甲烷。

发明内容