Способ получения метана из метановоздушной смеси

 

Использование: при утилизации газа для использования его в виде топлива для автотранспорта. Сущность изобретения: предварительно очищенную от механических примесей влаги метановоздушную смесь, например шахтный газ, подают на конверсии в присутствии водяного пара и катализатора конверсии, после которой газ, лишенный кислорода и содержащий CO, CO₂ и H₂, проходит теплообменники и осушитель и идет на обработки абсорбцией растворителем. Газ с уменьшенным количеством CO₂ попадает в метанатор, в котором происходит образование бинарного газа, содержащего азот и метан. Осушенный в адсорберах газовый поток, пойдя ряд теплообменников и охлаждаясь, поступает на низкотемпературное разделение в ректификацонную колонну. Из верхней части колонны выходит азот, а из нижней - практически метан. 1 ил.

Изобретение относится к выделению метана из метановоздушной смеси и может быть использовано, в частности, для утилизации шахтного газа с получением при этом метана, который может быть использован как топливо для автотранспорта.

Известен способ утилизации шахтного газа, образующегося при выработке угольных пластов, заключающийся в его сжигании в котельных установках после предварительной очистки от механических примесей и осушки (1).

Недостатком способа является его неэкономичность и неэффективное использование содержащегося в шахматном газе метана. Колебание концентрации метана в шахтном газе часто делает невозможным его использование по этому способу.

Известен способ выделения метана из метановоздушной смеси, в частности из шахтного газа, заключающийся в его очистке от пыли, осушке и разделении путем адсорбции на молекулярном сите, селективном в отношении метана. В процессе регенерации сита отделяют адсорбированный метан.

Способ позволяет выделять метан из шахтного газа с колеблющимся содержанием метана (2).

Недостатком способа является то, что получающийся при этом метан имеет невысокую концентрацию порядка 50%.

Целью изобретения является получение из метановоздушной смеси метана с высоко концентрацией, который может быть использован как топливо для автотранспорта.

Согласно настоящему изобретению метановоздушную смесь после отделения от нее механических примесей и воды конвертируют в присутствии водяного пара на катализаторе с образованием водорода, CO и CO₂, полученный продукт охлаждают с отделением сконденсировавшейся при этом воды, отделяют часть содержащего в газовом потоке диоксида углерода абсорбцией растворителем и затем подвергают его метанированию в присутствии катализатора, полученный при метанировании продукт после адсорбционной осушки подают на разделение низкотемпературной ректификацией с получением метана.

Способ осуществляют по схеме, представленной на чертеже.

Метановоздушная смесь, освобожденная от механических примесей и влаги, прошедшая сжатие в компрессоре и нагрев, поступает по линии 1 в конвертор паровой конверсии 2, содержащий катализатор. В конвертор по линии 3 подают перегретый водяной пар. В конверторе происходит образование из метана CO, CO₂ и H₂, с полной конверсией содержащегося в метановоздушной смеси кислорода.

Выходящий из конвертора газовый поток 4 содержит CH₄, CO, CO₂, H₂, N₂ и H₂O. этот поток охлаждают в теплообменниках 5 - 8. Тепло газового потока отдается для получения перегретого пара. После прохождения узла водяного охлаждения 9 газовый поток поступает во влагоотделитель 10, где от него отделяют сконденсировавшуюся воду. Поток газа 11 из влагоотделителя поступает в узел абсорбции 12 для частичного отделения содержащегося в нем CO₂ с помощью растворителей, например моноэтаноламина.

Удаление части CO₂ проводят с целью подготовки газовой смеси к дальнейшему метанированию. Поток газа 13 после отделения от него части CO₂ подают далее в метанатор 14, предварительно нагрев его в теплообменнике 15 до температуры реакции. В метанаторе 14 в присутствии катализатора метанирования происходит в ходе экзотермической реакции метанирования образование из компонентов газовой смеси CO, CO₂ и водорода метана. На выходе метанатора 14 получают газовый поток 16, содержащий N₂, CH₄ и H₂O. Горячий поток 16 отдает свое тепло в теплообменнике 15 газовому потоку 13, охлаждают его в охладителе 17 и далее, после осушки в адсорбере 18, в котором расположен слой цеолита газовый поток 19, содержащий в основном N₂, CH₄, подают на низкотемпературное разделение в ректификационную колонну 20, перед подачей в колонну 20, газовый поток 19 охлаждают двумя потоками в теплообменниках 21 и 22, в которых они отдают свое тепло выходящим из ректификации потокам азота 23 и метана 24 соответственно. Объединенный поток 25 после теплообменников можно, в случае необходимости, дополнительно охлаждать с использованием холодильной машины 26. В результате охлаждения газовый поток сжижается и частично переохлаждается, перед входом в колонну он может быть дополнительно дросселирован в дроссельном устройстве 27.

В испаритель 28 колонны 20 стекает практически чистый метан, откуда его отбирают в виде потока 24, который нагревают и испаряют в теплообменнике 22 и выводят в виде целевого продукта 29. С верха колонны получают поток азота 23, который после того, как пройдет теплообменник 21, сбрасывают с установки. Часть азота может использоваться для регенерации цеолита в установках осушки.

Нижеследующий пример иллюстрирует способ согласно изобретению.

Пример. Способ осуществляют в соответствии со схемой, описанной выше. Разделению подвергают метановоздушную смесь - шахтный газ Воркутинского угледобывающего бассейна, имеющего следующий состав % об, CH₄ - 40; O₂ - 11; N₂ - 49.

Газ в количестве 3000 м³/час очищают от пыли и влаги до давления 25 ат и после подогрева до 300^oC подают на конверсию с водяным паром в присутствии катализатора ГИАП-8, включающего в себя Al₂O₃ - 91 ^oC 92% и NiO 7,6 ^oC 8%. Массовое соотношение водяной пар : метан = 2 : 1. На выходе из конвертора получают поток влажного газа 6032 м³/час с температурой 683^oC, имеющий следующий состав, % об: CH₄ - 11,37, CO - 2,05, CO₂ - 6,53, H₂ - 19,56, N₂ - 23,16, H₂O - 37,33.

Газ охлаждается при прохождении теплообменников 5 - 9 до 40^oC, после отделения сконденсировавшейся влаги и отделения части CO₂ промывают моноэтаноламином, получают поток 13 с расходом 3581 м³/час (уменьшилось количество H₂O на 2244 м³/час и CO₂ на 195 м³/час), имеющий температуру 40^oC и состав, % об.: CO₂ - 5,54, CO - 3,54, H₂ - 32,9, N₂ - 38,78, H₂O - 0,33, CH₄ - 18,91. Перед входом в метанатор 14 газ имеет температуру 200^oC за счет нагрева в теплообменнике 15. Метанирование проводят в присутствии катализатора метанирования, имеющего состав: Al₂O₃ - 62%, NiO - 38%. Для поддержания температуры в метанаторе используют охлаждение паром. Поток из метанатора 16 имеет состав, % об.: CO₂ - следы, CO - следы, N₂ - 47,6, H₂O - 18,2, CH₄ - 34,2. На выходе метанатора газ имеет температуру 200^oC. После осушки на цеолите NaA в адсорбере 18 газовый поток 19 с расходом 2400 м³/час имеет температуру 40^oC и состав % об: N₂ - 57,95, CH₄ - 42,05. После разделения потока 19 в колонне низкотемпературной ректификации, куда поток 26 поступает с температурой 90^oK и давлением 1,45 ати, получают в верхней части практически чистый азот, а из куба - метан с концентрацией около 100%. Процент выхода метан от первоначального количества газа составляют чуть менее 1/3. Так, при начальном расходе в конвертор 3000 м³/час на выходе из колонны получают 900 м³/час чистого метана. Метан может быть использован в качестве газообразного топлива для автотранспорта.

Формула изобретения

Способ получения метана из метановоздушной смеси, включающий отделение механических примесей и влаги, отличающийся тем, что после отделения механических примесей и влаги метановоздушную смесь подвергают конверсии с водяным паром в присутствии катализатора конверсии с получением CO, CO₂ и H₂, полученный продукт охлаждают, отделяют от него сконденсировавшуюся при этом воду, извлекают абсорбцией растворителем часть содержащегося в продукте CO₂ и затем подвергают метанированию в присутствии катализатора метанирования, полученный при этом продукт после адсорбционной сушки подают на разделение низкотемпературной ректификацией с отделением азота и получением целевого продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1