[发明专利]一种利用工厂废气制天然气的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程技术领域，尤其涉及一种利用工厂废气制合成天然气的方法及装置。

背景技术

天然气是一种清洁能源，我国天然气在民用能源所占比例远低于国际平均水平，国家发改委“十二五”天然气发展规划明确要年增天然气量500亿方，煤制天然气可以用煤直接加氢气化或蒸汽催化转化一步法甲烷化，但目前广泛采用的煤气化制得合成气再将其中的H₂、CO、CO₂进行甲烷化反应，制取合成天然气，以上不论是一步法甲烷化或煤气化再甲烷化都要消耗大量煤炭资源，而我国有多种工厂废气或工业尾气含有上述合成甲烷的H₂、CO、CO₂，例如氨厂弛放气有70％上下H₂和约10％CH₄脱碳解吸气有90％多CO₂，甲醇厂弛放气有高含量的H₂、CO、CO₂，焦化厂焦炉气有20％上下CH4和H₂、CO、CO₂，钢厂高炉气和转炉气有10％以上CO₂和20-55％CO，电石炉和黄磷炉有75-90％CO，上述工业废气均可利用作为合成人工天然气的原料。

目前国内外合成气制人工天然气的甲烷的特点，一是合成技术基本都采用多台绝热甲烷化反应器，例如用丹麦托普索公司的高温甲烷化(见图1)，采取三台甲烷化反应器串联，前后二段间有换热冷却器，降低温度再进下段甲烷化，第一台甲烷化反应器出气还有部分气循环回进口再反应，这类甲烷化法存在甲烷催化剂易过热失活和甲烷化中出现结碳影响正常生产，且热回收效率低、能耗大。二是合成甲烷所用的合成气主要为CO加氢反应，例如托普索公司为H₂/CO＝3(SNG)，即按CO+3H₂＝CH₄+H₂O反应，戴维公司则用含CO＝19.2％与H₂反应，合成气中CO₂＝0.8％。

CO₂加H₂甲烷化反应是一个强放热反应：

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O

在上述绝热反应器中随着反应热释放，反应气温度升高，生成甲烷的平衡常数大幅下降，影响CO₂合成甲烷转化率。CO₂加H₂合成CH₄的平衡常数由280℃时的1.486×10⁶下降到到600℃的0.76，只有280℃时的0.51×10^-6倍。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种节能环保的利用工厂废气制人工天然气的方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种利用工厂废气制人工天然气的方法，用一种含有CO₂和/或CO和H₂的工厂废气，或多种各自含有CO₂和/或CO和/或H₂的工厂废气，经净化除去对催化剂的有害物质，通过CO₂加H₂生成甲烷和/或CO加H₂生成甲烷的反应制取人工天然气产品，所述的工厂废气为多种时，其中至少一种含有H₂。

作为一种优选，生成的甲烷用变压吸附或膜分离法或深冷法从产品气中提浓。

作为一种优选，所述的工厂废气为一种时，采用合成甲醇厂弛放气或炼焦厂的焦炉气。

作为一种优选，所述的工厂废气为多种时，采用合成氨厂含H₂的弛放气、合成氨厂脱碳含CO₂的解吸气、合成甲醇厂弛放气、炼焦厂焦炉气、高炉气、转炉气、电石炉尾气、黄磷尾气或碳化硅气中的几种。

所述的氨厂弛放气也可以净化除去氨气后再分离氮气，用H₂与CO₂加氢反应制CH₄。

所述的生成甲烷的反应在内装镍基甲烷化催化剂的水冷换热式固定床反应器中进行。

所述的生成甲烷的反应在水冷绕管式反应器中进行。