一種經(jīng)濟(jì)的合成氣耐硫變換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種經(jīng)濟(jì)的合成氣耐硫變換系統(tǒng)，包括低溫緩沖過(guò)濾器，外管廊合成氣由低溫緩沖過(guò)濾器進(jìn)入，經(jīng)加熱、增濕后，進(jìn)入高溫過(guò)濾器過(guò)濾，出高溫過(guò)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(guò)濾、汽提和預(yù)熱后做增濕器的補(bǔ)充水，本實(shí)用新型具有設(shè)備投資少，催化劑使用壽命長(zhǎng)，鍋爐水和蒸汽用量少的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種經(jīng)濟(jì)的合成氣耐硫變換系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于清潔煤發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種經(jīng)濟(jì)的合成氣耐硫變換系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 以氣候變化為核心的全球環(huán)境問(wèn)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(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。IPCC第四 次評(píng)估報(bào)告認(rèn)為，溫室氣體的升高，主要源于過(guò)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(guò) 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(wèn)題，又提高了發(fā)電效率，為燃煤發(fā)電帶來(lái)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(méi)有催化劑保護(hù)層，造成一段變換反應(yīng)推動(dòng)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(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)的合成氣耐 硫變換系統(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(zhǎng)、資源及能量 節(jié)約的特點(diǎn)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種經(jīng)濟(jì)的合成氣耐硫變換系統(tǒng)，包括接外管廊合成氣的低溫緩沖過(guò)濾器8,低溫 緩沖過(guò)濾器8的出口與高溫過(guò)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(bǔ)充蒸汽的蒸汽分水器6,高溫過(guò)濾器7的出口接變換爐一 1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(guò)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(guò)冷 凝水過(guò)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(bǔ)充水，送往增濕器組。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 4.將低品位余熱用于加熱MDEA富液再生，節(jié)約蒸汽用量。
[0015] 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(shuō)明】
[0016] 圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
[0018] 如圖1所示，一種經(jīng)濟(jì)的合成氣耐硫變換系統(tǒng)，包括接外管廊合成氣的低溫緩沖 過(guò)濾器8，低溫緩沖過(guò)濾器8的出口與高溫過(guò)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(guò)濾器7的出口接變換爐一 1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(guò)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(shí)送往增濕器一 3、增濕器二4和增濕器三5。
[0019] 基于上述系統(tǒng)，本實(shí)用新型煤氣化合成氣耐硫變換系統(tǒng)的工藝過(guò)程如下：
[0020] 來(lái)自外管廊的合成氣，首先進(jìn)入低溫緩沖過(guò)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(lái)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 t匕，從外管廊來(lái)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(guò)高溫過(guò) 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(guò)程 是：
[0021] 先經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)增濕器二4增濕，送往上催化劑 床層二d，通過(guò)后得到三段反應(yīng)氣；三段反應(yīng)氣通過(guò)增濕器三5進(jìn)行增濕，然后送往下催化 劑床層二e，通過(guò)后得到四段反應(yīng)氣。
[0022] 四段反應(yīng)氣中C0濃度小于1 %，依次經(jīng)過(guò)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(bǔ)鍋爐水合并經(jīng)多級(jí)泵增壓預(yù)熱送 各增濕器。
[0023] 本工藝所用原料氣中H2S含量達(dá)到lOOOppm以上，同時(shí)為降低能耗、提高C0轉(zhuǎn)化 率，設(shè)計(jì)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(shí)具 有有機(jī)硫加氫轉(zhuǎn)化功能，節(jié)約了單獨(dú)的有機(jī)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：
[0024] C〇0+H2S = C〇S+H20 放熱
[0025] M〇0+H2S = M〇S+H20 放熱
[0026] 硫源通常采用CS2補(bǔ)入新鮮合成氣獲得：
[0027] CS2+4H2 = CH4+2H2S 吸熱
[0028] 也有采用固體硫化氫發(fā)生器的。
[0029] 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(shuō)隨著反應(yīng)進(jìn)行，必須不斷的補(bǔ)入一小部分新鮮合成氣和硫源，同時(shí)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(guò)火炬放空。另外大部分還原氣通過(guò)循環(huán)壓縮機(jī)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(jì)的合成氣耐硫變換系統(tǒng)，其特征在于，包括接外管廊合成氣的低溫緩沖過(guò) 濾器（8)，低溫緩沖過(guò)濾器（8)的出口與高溫過(guò)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(bǔ)充蒸汽的蒸汽分水器（6)，高溫過(guò)濾器（7)的出口接變換爐 一（1)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(jì)的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(jì)的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(guò)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(guò)冷凝水過(guò)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(bǔ)充水，送往增濕器組。
【文檔編號(hào)】C01B3/16GK203998942SQ201420360516
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)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(qiáng), 夏軍倉(cāng), 程健, 羅麗珍, 姚帥 申請(qǐng)人:中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司