一種經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝與系統(tǒng)，變換工藝包括：外管廊合成氣由低溫緩沖過濾器進(jìn)入，經(jīng)加熱、增濕后，進(jìn)入高溫過濾器過濾，出高溫過濾器的合成氣，進(jìn)入變換爐一的頂部，變換爐一中包含頂部催化劑保護(hù)床層、上催化劑床層一和下催化劑床層一；出變換爐一的合成氣經(jīng)增濕降溫進(jìn)入變換爐二的頂部，變換爐二中包含上催化劑床層二和下催化劑床層二，變換爐一與變換爐二之間設(shè)置有增濕器組，為出催化劑床層的合成氣增濕降溫，出變換爐二底部的變換氣，經(jīng)降溫，進(jìn)入變換氣分水器，出變換氣分水器的氣體進(jìn)入脫酸氣工段，液體經(jīng)過濾、汽提和預(yù)熱后做增濕器的補充水，本發(fā)明具有設(shè)備投資少，催化劑使用壽命長，鍋爐水和蒸汽用量少的特點。
【專利說明】一種經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝與系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于清潔煤發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝與系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 以氣候變化為核心的全球環(huán)境問題日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為威脅人類可持續(xù)發(fā)展的主 要因素之一，削減溫室氣體排放以減緩氣候變化成為當(dāng)今國際社會關(guān)注的熱點。IPCC第四 次評估報告認(rèn)為，溫室氣體的升高，主要源于過去50年化石燃料的燃燒。其中，燃煤發(fā)電顯 然是溫室氣體的一大排放者。因此，優(yōu)化燃煤發(fā)電系統(tǒng)工藝流程，提高煤的利用效率，達(dá)到 二氧化碳的微排放將成為煤發(fā)電技術(shù)的一大突破。
[0003] 合成氣的耐硫變換，將合成氣轉(zhuǎn)化為以二氧化碳、氫氣為主的變換氣，回收變換過 程中的熱量。變換氣經(jīng)分離，脫硫脫碳后，得到液體二氧化碳、液體氫，硫以固體硫的形式脫 除。這樣既解決了環(huán)境問題，又提高了發(fā)電效率，為燃煤發(fā)電帶來令人矚目的光明。
[0004] 目前耐硫變換的工藝主要有兩種：第一種，Shell煤氣化合成氣的耐硫變換，分四 段催化劑床層，沒有催化劑保護(hù)層，造成一段變換反應(yīng)推動力較大，造成反應(yīng)很難控制，一 旦一段變換操作惡化，也將直接影響到后面的變換反應(yīng)；第二種，高壓（約8. OMPa)和高汽 氣比（約1.4)的耐硫變換，工藝復(fù)雜，能耗大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟的合成氣耐硫變 換工藝與系統(tǒng)，具有設(shè)備投資少、環(huán)境污染少、能量利用充分、催化劑使用壽命長、資源及能 量節(jié)約的特點。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種經(jīng)濟的煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)，包括接界外管廊合成氣的低溫緩沖過濾 器8,低溫緩沖過濾器8的出口與高溫過濾器7的入口連接且連接管路上設(shè)置有熱交換器 12、加熱器13和補充蒸汽的蒸汽分水器6,高溫過濾器7的出口接變換爐1 一的頂部進(jìn)氣 口，變換爐一 1中包含頂部催化劑保護(hù)床層a、上催化劑床層一 b和下催化劑床層一 c，出變 換爐一 1的合成氣接入變換爐二2的頂部入口，變換爐二2中包含上催化劑床層二d和下 催化劑床層二e，變換爐一 1與變換爐二2之間設(shè)置有增濕器組，變換爐二2的底部出氣口 接變換氣分水器11，變換氣分水器11的出氣口接脫酸氣工段，出水口接增濕器組。
[0008] 所述增濕器組包括增濕器一 3、增濕器二4和增濕器三5,出上催化劑床層一 b的 合成氣經(jīng)增濕器一 3后進(jìn)入下催化劑床層一 c，出下催化劑床層一 c的合成氣經(jīng)增濕器二4 后進(jìn)入上催化劑床層二d，出上催化劑床層二d的合成氣經(jīng)增濕器三5后進(jìn)入下催化劑床層 二 e〇
[0009] 所述變換氣分水器11的出液管路上設(shè)置有冷凝水過濾器10、酸性水汽提塔9、給 水緩沖灌18、給水加壓泵14和給水預(yù)熱器17,出變換氣分水器11的工藝液體，依次經(jīng)過冷 凝水過濾器10、酸性水汽提塔9、給水緩沖灌18、給水加壓泵14和給水預(yù)熱器17后，作為增 濕器組補充水，送往增濕器組。
[0010] 本發(fā)明還提供了基于所述煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)的工藝，使來自界外管廊的 合成氣通過低溫緩沖過濾器8去除顆粒物與水霧，然后在熱交換器12中被來自二段反應(yīng)氣 的高溫反應(yīng)氣加熱，再通過高溫過濾器7除去水霧后進(jìn)入變換爐一 1的頂部催化劑保護(hù)床 層a得到一段反應(yīng)氣，一段反應(yīng)氣經(jīng)上催化劑床層一 b后進(jìn)行增濕，然后經(jīng)過下催化劑床層 一 c得到二段反應(yīng)氣，二段反應(yīng)氣經(jīng)熱回收后再次增濕經(jīng)過變換爐二2的上催化劑床層二 d得到三段反應(yīng)氣，三段反應(yīng)氣進(jìn)行增濕進(jìn)入下催化劑床層二e得到四段反應(yīng)氣，四段反應(yīng) 氣經(jīng)變換氣分水器11后送脫酸氣工段，變換氣分水器11分離出的酸性水再回送至增濕器 組。
[0011] 所述一段反應(yīng)氣通過增濕器一 3進(jìn)行增濕，二段反應(yīng)氣通過增濕器二4增濕，三段 反應(yīng)氣通過增濕器三5進(jìn)行增濕，
[0012] 所述四段反應(yīng)氣依次經(jīng)過給水預(yù)熱器17、富液加熱器16、循環(huán)水冷卻器15和變換 氣分水器11后，分離出的氣體送脫酸氣工段；變換氣分水器11分離出的酸性水經(jīng)酸性水汽 提塔9后進(jìn)入給水緩沖罐18,與外補鍋爐水合并經(jīng)多級泵增壓預(yù)熱送各增濕器。
[0013] 所述變換爐一 1的頂部催化劑保護(hù)床層a吸附合成氣的灰塵雜質(zhì)。
[0014] 所述上催化劑床層一 b、下催化劑床層一 c、上催化劑床層二d和下催化劑床層二 e中的催化劑為耐硫鈷鑰變換催化劑。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 1.用蒸汽分水器為進(jìn)每段床層的原料增濕降溫，可以避免用換熱器降溫，減少設(shè) 備投資。
[0017] 2.變換頂部保護(hù)段吸附灰塵、雜質(zhì)，保護(hù)一段催化劑，并且進(jìn)行一定的變換反應(yīng)， 減輕一段爐的負(fù)荷。
[0018] 3.將未反應(yīng)的工藝?yán)淠好撍釟夂笕炕赜?，?jié)約鍋爐水用量。
[0019] 4.將低品位余熱用于加熱MDEA富液再生，節(jié)約蒸汽用量。
[0020] 5.優(yōu)化變換換熱流程，減少中壓蒸汽用量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
[0023] 如圖1所示，一種經(jīng)濟的煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)，包括接界外管廊合成氣的 低溫緩沖過濾器8,低溫緩沖過濾器8的出口與高溫過濾器7的入口連接且連接管路上設(shè) 置有熱交換器12和加熱器13,高溫過濾器7的出口接變換爐1 一的頂部進(jìn)氣口，變換爐一 1中包含頂部催化劑保護(hù)床層a、上催化劑床層一 b和下催化劑床層一 c，出變換爐一 1的 合成氣接入變換爐二2的頂部入口，變換爐二2中包含上催化劑床層二d和下催化劑床層 二e，變換爐一 1與變換爐二2之間設(shè)置有由增濕器一 3、增濕器二4和增濕器三5組成的 增濕器組，出上催化劑床層一 b的合成氣經(jīng)增濕器一 3后進(jìn)入下催化劑床層一 c，出下催化 劑床層一 C的合成氣經(jīng)增濕器二4后進(jìn)入上催化劑床層二d，出上催化劑床層二d的合成 氣經(jīng)增濕器三5后進(jìn)入下催化劑床層二e。變換爐二2的底部出氣口接變換氣分水器11， 變換氣分水器11的出水管路上依次設(shè)置有冷凝水過濾器10、酸性水汽提塔9、給水緩沖灌 18和給水加壓泵14,變換爐二2的底部出氣口與變換氣分水器11連接管路上設(shè)置有給水 預(yù)熱器17、富液加熱器16和循環(huán)水冷卻器15,給水加壓泵14的出水經(jīng)給水預(yù)熱器17后同 時送往增濕器一 3、增濕器二4和增濕器三5。
[0024] 基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)的工藝過程如下：
[0025] 來自界外管廊的合成氣，首先進(jìn)入低溫緩沖過濾器8,以去除氣體中夾帶的顆粒物 與水霧，然后進(jìn)入熱交換器12,被來自二段反應(yīng)氣的高溫反應(yīng)氣加熱。為提高原料氣中的水 汽比，從界外管廊來的中壓飽和蒸汽經(jīng)分水和流量調(diào)節(jié)后加入到預(yù)熱后的原料氣，經(jīng)過高 溫過濾器7除去水霧后依次進(jìn)入變換爐一 1和變換爐二2。在變換爐一 1和變換爐二2中 過程是：
[0026] 先經(jīng)過變換爐一 1的頂部催化劑保護(hù)床層a，吸附灰塵雜質(zhì)，保護(hù)一段催化劑，并 且進(jìn)行一定的變換反應(yīng)，減輕一段的負(fù)荷，最終得到一段反應(yīng)氣；然后一段反應(yīng)氣進(jìn)入上催 化劑床層一 b，通過后經(jīng)增濕器一 3進(jìn)行增濕，再進(jìn)入下催化劑床層一 c，通過后得到二段反 應(yīng)氣；二段反應(yīng)氣送入熱交換器12進(jìn)行熱回收，然后通過增濕器二4增濕，送往上催化劑床 層二d，通過后得到三段反應(yīng)氣；三段反應(yīng)氣通過增濕器三5進(jìn)行增濕，然后送往下催化劑 床層二e，通過后得到四段反應(yīng)氣。
[0027] 四段反應(yīng)氣中C0濃度小于1 %，依次經(jīng)過給水預(yù)熱器17、富液加熱器16、循環(huán)水冷 卻器15和變換氣分水器11后，分離出的氣體送MDEA脫酸氣工段；變換氣分水器11分離出 的酸性水經(jīng)酸性水汽提塔9后進(jìn)入給水緩沖罐18,與外補鍋爐水合并經(jīng)多級泵增壓預(yù)熱送 各增濕器。
[0028] 本工藝所用原料氣中H2S含量達(dá)到lOOOppm以上，同時為降低能耗、提高C0轉(zhuǎn)化 率，設(shè)計采用鈷鑰耐硫全低溫變換工藝，上催化劑床層一 b、下催化劑床層一 c、上催化劑床 層二d和下催化劑床層二e中的催化劑為耐硫鈷鑰變換催化劑。采用的鈷鑰催化劑同時具 有有機硫加氫轉(zhuǎn)化功能，節(jié)約了單獨的有機硫處理裝置。同其它大部份催化劑一樣，鈷鑰催 化劑在使用前也需要將氧化態(tài)催化劑活化：
[0029] C〇0+H2S = C〇S+H20 放熱
[0030] M〇0+H2S = M〇S+H20 放熱
[0031] 硫源通常采用CS2補入新鮮合成氣獲得：
[0032] CS2+4H2 = CH4+2H2S 吸熱
[0033] 也有采用固體硫化氫發(fā)生器的。
[0034] 為保證還原深度和避免副反應(yīng)的發(fā)生，還原氣中的H2S濃度必須維持在較高水平 上，這就是說隨著反應(yīng)進(jìn)行，必須不斷的補入一小部分新鮮合成氣和硫源，同時排放等量的 氣體。由于排放其中含有很高的硫化氫（15?20g/nm 3)，因而需要加以處理后排放，通常方 法是用通過火炬放空。另外大部分還原氣通過循環(huán)壓縮機在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，催化劑大約3? 5年還原一次。
【權(quán)利要求】
1. 一種經(jīng)濟的煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)，其特征在于，包括接界外管廊合成氣的低 溫緩沖過濾器（8)，低溫緩沖過濾器（8)的出口與高溫過濾器（7)的入口連接且連接管路上 設(shè)置有熱交換器（12)、加熱器（13)和補充蒸汽的蒸汽分水器（6)，高溫過濾器（7)的出口 接變換爐（1) 一的頂部進(jìn)氣口，變換爐一（1)中包含頂部催化劑保護(hù)床層（a)、上催化劑床 層一（b)和下催化劑床層一（c)，出變換爐一（1)的合成氣接入變換爐二（2)的頂部入口， 變換爐二（2)中包含上催化劑床層二（d)和下催化劑床層二（e)，變換爐一（1)與變換爐二 (2)之間設(shè)置有增濕器組，變換爐二（2)的底部出氣口接變換氣分水器（11)，變換氣分水器 (11)的出氣口接脫酸氣工段，出水口接增濕器組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)濟的煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)，其特征在于，所述增濕 器組包括增濕器一（3)、增濕器二（4)和增濕器三（5)，出上催化劑床層一（b)的合成氣經(jīng) 增濕器一（3)后進(jìn)入下催化劑床層一（c)，出下催化劑床層一（c)的合成氣經(jīng)增濕器二（4) 后進(jìn)入上催化劑床層二（d)，出上催化劑床層二（d)的合成氣經(jīng)增濕器三（5)后進(jìn)入下催化 劑床層二（e)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的經(jīng)濟的煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)，其特征在于，所述變換 氣分水器（11)的出液管路上設(shè)置有冷凝水過濾器（10)、酸性水汽提塔（9)、給水緩沖灌 (18)、給水加壓泵（14)和給水預(yù)熱器（17)，出變換氣分水器（11)的工藝液體，依次經(jīng)過 冷凝水過濾器（10)、酸性水汽提塔（9)、給水緩沖灌（18)、給水加壓泵（14)和給水預(yù)熱器 (17)后，作為增濕器組補充水，送往增濕器組。
4. 基于權(quán)利要求1所述煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)的工藝，其特征在于，使來自界外 管廊的合成氣通過低溫緩沖過濾器（8)去除顆粒物與水霧，然后在熱交換器（12)中被來自 二段反應(yīng)氣的高溫反應(yīng)氣加熱，再通過高溫過濾器（7)除去水霧后進(jìn)入變換爐一（1)的頂 部催化劑保護(hù)床層（a)得到一段反應(yīng)氣，一段反應(yīng)氣經(jīng)上催化劑床層一（b)后進(jìn)行增濕， 然后經(jīng)過下催化劑床層一（c)得到二段反應(yīng)氣，二段反應(yīng)氣經(jīng)熱回收后再次增濕經(jīng)過變換 爐二（2)的上催化劑床層二（d)得到三段反應(yīng)氣，三段反應(yīng)氣進(jìn)行增濕進(jìn)入下催化劑床層 二（e)得到四段反應(yīng)氣，四段反應(yīng)氣經(jīng)變換氣分水器（11)后送脫酸氣工段，變換氣分水器 (11)分離出的酸性水再回送至增濕器組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝，其特征在于，所述一段反應(yīng)氣 通過增濕器一（3)進(jìn)行增濕，二段反應(yīng)氣通過增濕器二（4)增濕，三段反應(yīng)氣通過增濕器三 (5)進(jìn)行增濕。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝，其特征在于，所述四段反應(yīng)氣 依次經(jīng)過給水預(yù)熱器（17)、富液加熱器（16)、循環(huán)水冷卻器（15)和變換氣分水器（11)后， 分離出的氣體送脫酸氣工段；變換氣分水器（11)分離出的酸性水經(jīng)酸性水汽提塔（9)后進(jìn) 入給水緩沖罐（18)，與外補鍋爐水合并經(jīng)多級泵增壓預(yù)熱送各增濕器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝，其特征在于，所述變換爐一（1) 的頂部催化劑保護(hù)床層（a)吸附灰塵雜質(zhì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟的合成氣耐硫變換工藝，其特征在于，所述上催化劑床 層一（b)、下催化劑床層一（c)、上催化劑床層二（d)和下催化劑床層二（e)中的催化劑為 耐硫鈷鑰變換催化劑。
【文檔編號】C01B3/16GK104085854SQ201410310760
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】劉沅, 許世森, 任永強, 夏軍倉, 程健, 羅麗珍, 姚帥 申請人:中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司