本發明專利技術公開了一種電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，該工藝依次包括以下步驟：凈化后的電石爐氣經增壓與中壓蒸汽混合進入變換反應器變換后，進入甲烷化反應器甲烷化，之后進入脫碳系統脫除CO2。脫除CO2的氣體經干燥后，進入甲烷提濃系統提濃，制得合成天然氣；脫除的CO2經回收單元制得食品級CO2。脫碳系統可以采用變壓吸附（PSA）干法脫碳工藝，也可采用濕法脫碳工藝。濕法脫碳為熱堿法或者MDEA洗滌脫除CO2。CO2回收單元包括CO2收集、凈化和閃蒸提純。甲烷提濃可以是PSA法提濃甲烷，也可以是低溫分離提濃甲烷。本發明專利技術是一種適于工業規模應用的電石爐氣聯產合成天然氣和食品級CO2成套技術。
【技術實現步驟摘要】
本 專利技術屬于工業尾氣回收利用領域，具體為一種電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝。
技術介紹
我國是世界第一大電石生產國，2011年電石產能2500萬噸，占全球總產能的90. 9%，產量1738萬噸。電石生產的核心設備是電石爐,從電石生產的原理和結構區分，電石爐分為密閉式電石爐和開放式電石爐。每生產I噸電石，開放式電石爐產生9000 12000m3含塵煙氣，密閉式電石爐產生400 600m3含塵電石爐氣。開放電石爐排放的煙氣中99%為空氣，無利用價值。密閉電石爐氣文獻報道(孔瑞.電石爐氣的凈化和利用[J]，河南化工，2010，27 (I) :25-29)組成為CO :70 95%，H2 :2. 5 10%, CO2 2. 5 3. 5%, O2 0. 52 O. 6%, CH4 2 4%, N2 :1 2%,同時含有焦油、H2S、COS、CS2、噻吩、硫醇、PH3、NH3、AsH3、HCN 等雜質。電石生產反應原理是炭素材料(一般為蘭炭)和石灰發生反應，生成炭化鈣(電石)和一氧化碳(CO)。電石實際生產中，由于蘭炭風干不徹底，電石生產中在高溫下產生大量H2，另一方面，電石爐氣在進氣柜前布袋除塵多采用氮氣反吹，致使爐氣組分波動較大。如寧夏石嘴山市某電石生產企業的密閉電石爐氣組分為C0 50 75%，H2 :17 28%，CO2 I. 5 6%, O2 0. 5 2%, CH4 0. 5 I. 5%, N2 6 14%,同時含有焦油、H2S、COS、CS2, PH3>NH3、AsH3、HCN 等雜質。目前我國電石爐氣的利用率僅10%，絕大部分被直接排放或“點天燈”，造成大量的資源浪費和環境污染。《電石行業“十二五”發展規劃》提出，到2015年控制電石產能在2800萬噸左右，大型 閉式電石爐比重提聞到80%以上，基本實現電石爐氣綜合利用的目標。預計到2015年我國電石產量2400萬噸，按密閉式電石爐占80%計，其產量超過1920萬噸，副產的電石爐氣總量超過76億Nm3，以CO濃度50 75%，H2濃度17 28%計算，可制得20 28億Nm3的純甲烷，產生巨大的經濟和社會效益。我國常規天然氣資源量約為35-38萬億Nm3，占世界總量的2% ;其中可采資源量10-12萬億Nm3，人均天然氣剩余可采儲量僅相當于世界平均水平的6%。天然氣作為一種優質清潔能源，目前在我國一次能源消費中的比重僅為3. 9%，遠遠低于世界23. 7%的平均水平。隨著城市化的發展，我國天然氣消費增速超過產量增速，進口量逐年增加。2010年我國天然氣消費量達到1072億Nm3，進口天然氣166億Nm3。據國務院發展研究中心預測，到2015年我國天然氣消費量將增加到1500億Nm3，需進口 400億Nm3 ;到2020年消費量增加到3000億Nm3，屆時約有40%依賴進口。近年來國家鼓勵非常規天然氣的開發和生產，包括開展煤層氣、垃圾填埋氣、頁巖氣、焦爐氣等制備非常規天然氣的研究和開發，以彌補天然氣需求的不足。根據電石爐氣的組分特點，將其制備成非常規天然氣，同時副產食品級CO2，在經濟上和技術上均是可行的。食品級CO2主要用于啤酒和碳酸飲料行業、煙草行業、食品保鮮及CO2超臨界萃取
目前我國CO2消耗量遠遠低于發達國家，人均不足5kg/a，而美國等發達國家人均達到15kg/a以上。美國在20世紀80年代CO2的需求量已達到400萬t/a。隨著我國人民生活水平的日益提高，預計對食品級CO2的需求量也將大幅增加。若按美國現行人均消費水平，我國每年對食品級CO2的需求量將達到1000萬t以上。煙草行業原來使用氟利昂膨化煙絲，隨著環保要求的提高，以及對食品添加劑的嚴格要求，為食品級CO2進入煙草行業提供了很大的機遇。液體食品級CO2用于煙絲膨化，可使每箱香煙節約2. 5kg原料煙絲，而且煙絲膨化質量也有很大提高。隨著綠色食品的推廣，在食品、蔬菜、水果和水產品的防腐保鮮，糧食的殺蟲與貯存等方面為食品級CO2提供了新的應用領域。貯存速凍食品、航空食品、長短冷藏運輸、攝 影棚及舞臺煙幕效果、電子零件及金屬制冷、醫療冷凍等均已大量使用食品級co2。CO2為萃取劑的超臨界萃取技術在中藥、食品、香料、石油化工、生物化工和環境化工等方面取得了突破性發展，CO2超臨界萃取作為一項新興、低成本、易分離的萃取技術將會受到越來越多人們的青睞。國內CO2市場需求量每年增長15% 20%。CO2是造成“溫室效應”的罪魁禍首，同時又是用途非常廣泛的原料，應當加以利用。隨著CO2應用領域的不斷擴大，CO2的工業需求和食品需求將會大幅度提高，市場前景十分廣闊。目前國內還無電石爐氣制合成天然氣，同時副產食品級CO2的報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，以CO的變換技術和CO的甲烷化技術為基礎，設計一種工藝簡單的，適于工業規模應用的電石爐氣聯產合成天然氣和食品級CO2的成套技術。本專利技術的技術方案為 一種電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，該工藝包括以下步驟 先將經過凈化后的電石爐氣進行增壓至3 — 5MPa，經增壓后的電石爐氣與中壓蒸汽混合進入變換反應器，經變換反應器變換反應后，進入甲烷化反應器進行甲烷化，然后進入脫碳系統脫除CO2，脫除了 CO2的氣體經干燥進入甲烷提濃系統進行提濃，制得合成天然氣，脫除的CO2氣體經CO2回收單元制得食品級C02。電石爐氣中含有焦油、粉塵、H2S、COS、CS2,噻吩、硫醇、PH3、NH3、AsH3、HCN等雜質，在進行本工藝前需要將所有雜質脫除經凈化，使其中含有的焦油、硫、磷、砷、氟和氰雜質組分的體積百分含量均小于O. lppm。電石爐氣的凈化采用本專利技術人提出的中國專利技術專利(申請號201110196752. 6 ) 一種電石爐氣凈化提濃CO工藝中公開的凈化方法。由于本申請中的CO2需要回收制食品級CO2，中國專利技術專利201110196752. 6中的脫酸氣步驟可以省略。增壓將電石爐氣增壓至3. OMPa 5. OMPa后再進入后續工序，除工藝流程本身的壓力損失外，后續工序的操作壓力均在這一壓力下進行。增壓后的電石爐氣與中壓蒸汽混合，所述的中壓蒸汽是指壓力為1.610^-5.010^，溫度200-2651的飽和水蒸氣。混合方式可以是在管道上混合，也可以在混合罐中混合。需要說明的是，加入蒸汽的壓力要與電石爐氣增壓后的壓力相匹配，以使蒸汽能順利的加入。變換反應是指在催化劑作用下，使CO與水蒸汽反應生成CO2和H2。變化反應方程式為 CCHH2O — C02+H2(式 I) CO變換是煤化工生產中的關鍵環節，是合成氨、甲醇及制氫工藝中重要的工藝過程。通過CO變換，在消耗大部分CO的同時轉換成有效氣體H2,為下游合成提供H2原料。變換采用本領域熟知的低溫變換工藝，氣體進氣溫度200°C _250°C，變換反應為放熱反應，利用變換后的氣體預熱變換原料進氣，當變換處理氣量大，致使反應床層溫度高于催化劑允許溫度時，可采用分級進料多級變換的方式實現。對于分級進料多級變換，是本領域成熟的技術，是容易實現的。水蒸氣的加入量根據電石爐氣中的CO和H2的量決定。具體地，要求通過控制水蒸氣的加入量控制本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟：先將凈化后的電石爐氣進行增壓，經增壓后的電石爐氣與中壓蒸汽混合進入變換反應器，經變換反應器變換反應后，進入甲烷化反應器進行甲烷化，然后進入脫碳系統脫除CO2，脫除了CO2的氣體經干燥進入甲烷提濃系統進行提濃，制得合成天然氣，脫除的CO2氣體經CO2回收單元制得食品級CO2。
【技術特征摘要】
1.一種電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟 先將凈化后的電石爐氣進行增壓，經增壓后的電石爐氣與中壓蒸汽混合進入變換反應器，經變換反應器變換反應后，進入甲烷化反應器進行甲烷化，然后進入脫碳系統脫除CO2,脫除了 CO2的氣體經干燥進入甲烷提濃系統進行提濃，制得合成天然氣，脫除的CO2氣體經CO2回收單元制得食品級CO2。2.根據權利要求I所述的電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，其特征在于所述的凈化后的電石爐氣是指經凈化后，焦油、硫、磷、砷、氟和氰雜質組分的體積百分含量均小于0. Ippm的氣體。3.根據權利要求I所述的電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，其特征在于所述的增壓是指將電石爐氣的壓力提高至3 — 5MPa ;所述的中壓蒸汽是指壓力為I.6—5. OMPa，溫度為200-265°C的飽和水蒸氣。4.根據權利要求I所述的電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，其特征在于所述的變換反應是指在催化劑作用下，使CO與水蒸汽反應生成CO2和H2 ;所述的甲烷化是在催化劑作用下，使CO及CO2與H2反應生成CH4和水。5.根據權利要求I所述的電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，其特征在于電石爐氣經變換反應器變換反應后，利用變換反應放出的熱量加熱變換反應進氣，變換后經換熱后的氣體直接進入甲烷反應器進行甲烷化，變換反應生成的CO2和剩余的水蒸氣起稀釋甲烷化進氣作用，出甲烷化反應器的高溫氣體通過副產蒸汽回收熱量。6.根據權利要求I所述的電石爐氣聯產合成天然氣和食品級二氧化碳的工藝，其特征在于所述的脫碳系統是指采用干法脫碳的工藝或者濕法脫碳的工藝，所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳耀壯，鄭珩，馬磊，廖炯，蔣貴仲，溫少樺，
申請(專利權)人：西南化工研究設計院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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