CN104085854B - 一种经济的合成气耐硫变换工艺与系统 - Google Patents
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Abstract
一种经济的合成气耐硫变换工艺与系统，变换工艺包括：外管廊合成气由低温缓冲过滤器进入，经加热、增湿后，进入高温过滤器过滤，出高温过滤器的合成气，进入变换炉一的顶部，变换炉一中包含顶部催化剂保护床层、上催化剂床层一和下催化剂床层一；出变换炉一的合成气经增湿降温进入变换炉二的顶部，变换炉二中包含上催化剂床层二和下催化剂床层二，变换炉一与变换炉二之间设置有增湿器组，为出催化剂床层的合成气增湿降温，出变换炉二底部的变换气，经降温，进入变换气分水器，出变换气分水器的气体进入脱酸气工段，液体经过滤、汽提和预热后做增湿器的补充水，本发明具有设备投资少，催化剂使用寿命长，锅炉水和蒸汽用量少的特点。
Description
技术领域
本发明属于清洁煤发电技术领域，特别涉及一种经济的合成气耐硫变换工艺与系统。
背景技术
以气候变化为核心的全球环境问题日益严重，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。IPCC第四次评估报告认为，温室气体的升高，主要源于过去50年化石燃料的燃烧。其中，燃煤发电显然是温室气体的一大排放者。因此，优化燃煤发电系统工艺流程，提高煤的利用效率，达到二氧化碳的微排放将成为煤发电技术的一大突破。
合成气的耐硫变换，将合成气转化为以二氧化碳、氢气为主的变换气，回收变换过程中的热量。变换气经分离，脱硫脱碳后，得到液体二氧化碳、液体氢，硫以固体硫的形式脱除。这样既解决了环境问题，又提高了发电效率，为燃煤发电带来令人瞩目的光明。
目前耐硫变换的工艺主要有两种：第一种，Shell煤气化合成气的耐硫变换，分四段催化剂床层，没有催化剂保护层，造成一段变换反应推动力较大，造成反应很难控制，一旦一段变换操作恶化，也将直接影响到后面的变换反应；第二种，高压(约8.0MPa)和高汽气比(约1.4)的耐硫变换，工艺复杂，能耗大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种经济的合成气耐硫变换工艺与系统，具有设备投资少、环境污染少、能量利用充分、催化剂使用寿命长、资源及能量节约的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种经济的煤气化合成气耐硫变换系统，包括接界外管廊合成气的低温缓冲过滤器8，低温缓冲过滤器8的出口与高温过滤器7的入口连接且连接管路上设置有热交换器12、加热器13和补充蒸汽的蒸汽分水器6，高温过滤器7的出口接变换炉1一的顶部进气口，变换炉一1中包含顶部催化剂保护床层a、上催化剂床层一b和下催化剂床层一c，出变换炉一1的合成气接入变换炉二2的顶部入口，变换炉二2中包含上催化剂床层二d和下催化剂床层二e，变换炉一1与变换炉二2之间设置有增湿器组，变换炉二2的底部出气口接变换气分水器11，变换气分水器11的出气口接脱酸气工段，出水口接增湿器组。
所述增湿器组包括增湿器一3、增湿器二4和增湿器三5，出上催化剂床层一b的合成气经增湿器一3后进入下催化剂床层一c，出下催化剂床层一c的合成气经增湿器二4后进入上催化剂床层二d，出上催化剂床层二d的合成气经增湿器三5后进入下催化剂床层二e。
所述变换气分水器11的出液管路上设置有冷凝水过滤器10、酸性水汽提塔9、给水缓冲灌18、给水加压泵14和给水预热器17，出变换气分水器11的工艺液体，依次经过冷凝水过滤器10、酸性水汽提塔9、给水缓冲灌18、给水加压泵14和给水预热器17后，作为增湿器组补充水，送往增湿器组。
本发明还提供了基于所述煤气化合成气耐硫变换系统的工艺，使来自界外管廊的合成气通过低温缓冲过滤器8去除颗粒物与水雾，然后在热交换器12中被来自二段反应气的高温反应气加热，再通过高温过滤器7除去水雾后进入变换炉一1的顶部催化剂保护床层a得到一段反应气，一段反应气经上催化剂床层一b后进行增湿，然后经过下催化剂床层一c得到二段反应气，二段反应气经热回收后再次增湿经过变换炉二2的上催化剂床层二d得到三段反应气，三段反应气进行增湿进入下催化剂床层二e得到四段反应气，四段反应气经变换气分水器11后送脱酸气工段，变换气分水器11分离出的酸性水再回送至增湿器组。
所述一段反应气通过增湿器一3进行增湿，二段反应气通过增湿器二4增湿，三段反应气通过增湿器三5进行增湿，
所述四段反应气依次经过给水预热器17、富液加热器16、循环水冷却器15和变换气分水器11后，分离出的气体送脱酸气工段；变换气分水器11分离出的酸性水经酸性水汽提塔9后进入给水缓冲罐18，与外补锅炉水合并经多级泵增压预热送各增湿器。
所述变换炉一1的顶部催化剂保护床层a吸附合成气的灰尘杂质。
所述上催化剂床层一b、下催化剂床层一c、上催化剂床层二d和下催化剂床层二e中的催化剂为耐硫钴钼变换催化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.用蒸汽分水器为进每段床层的原料增湿降温，可以避免用换热器降温，减少设备投资。
2.变换顶部保护段吸附灰尘、杂质，保护一段催化剂，并且进行一定的变换反应，减轻一段炉的负荷。
3.将未反应的工艺冷凝液脱酸气后全部回用，节约锅炉水用量。
4.将低品位余热用于加热MDEA富液再生，节约蒸汽用量。
5.优化变换换热流程，减少中压蒸汽用量。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种经济的煤气化合成气耐硫变换系统，包括接界外管廊合成气的低温缓冲过滤器8，低温缓冲过滤器8的出口与高温过滤器7的入口连接且连接管路上设置有热交换器12和加热器13，高温过滤器7的出口接变换炉1一的顶部进气口，变换炉一1中包含顶部催化剂保护床层a、上催化剂床层一b和下催化剂床层一c，出变换炉一1的合成气接入变换炉二2的顶部入口，变换炉二2中包含上催化剂床层二d和下催化剂床层二e，变换炉一1与变换炉二2之间设置有由增湿器一3、增湿器二4和增湿器三5组成的增湿器组，出上催化剂床层一b的合成气经增湿器一3后进入下催化剂床层一c，出下催化剂床层一c的合成气经增湿器二4后进入上催化剂床层二d，出上催化剂床层二d的合成气经增湿器三5后进入下催化剂床层二e。变换炉二2的底部出气口接变换气分水器11，变换气分水器11的出水管路上依次设置有冷凝水过滤器10、酸性水汽提塔9、给水缓冲灌18和给水加压泵14，变换炉二2的底部出气口与变换气分水器11连接管路上设置有给水预热器17、富液加热器16和循环水冷却器15，给水加压泵14的出水经给水预热器17后同时送往增湿器一3、增湿器二4和增湿器三5。
基于上述系统，本发明煤气化合成气耐硫变换系统的工艺过程如下：
来自界外管廊的合成气，首先进入低温缓冲过滤器8，以去除气体中夹带的颗粒物与水雾，然后进入热交换器12，被来自二段反应气的高温反应气加热。为提高原料气中的水汽比，从界外管廊来的中压饱和蒸汽经分水和流量调节后加入到预热后的原料气，经过高温过滤器7除去水雾后依次进入变换炉一1和变换炉二2。在变换炉一1和变换炉二2中过程是：
先经过变换炉一1的顶部催化剂保护床层a，吸附灰尘杂质，保护一段催化剂，并且进行一定的变换反应，减轻一段的负荷，最终得到一段反应气；然后一段反应气进入上催化剂床层一b，通过后经增湿器一3进行增湿，再进入下催化剂床层一c，通过后得到二段反应气；二段反应气送入热交换器12进行热回收，然后通过增湿器二4增湿，送往上催化剂床层二d，通过后得到三段反应气；三段反应气通过增湿器三5进行增湿，然后送往下催化剂床层二e，通过后得到四段反应气。
四段反应气中CO浓度小于1％，依次经过给水预热器17、富液加热器16、循环水冷却器15和变换气分水器11后，分离出的气体送MDEA脱酸气工段；变换气分水器11分离出的酸性水经酸性水汽提塔9后进入给水缓冲罐18，与外补锅炉水合并经多级泵增压预热送各增湿器。
本工艺所用原料气中H2S含量达到1000ppm以上，同时为降低能耗、提高CO转化率，设计采用钴钼耐硫全低温变换工艺，上催化剂床层一b、下催化剂床层一c、上催化剂床层二d和下催化剂床层二e中的催化剂为耐硫钴钼变换催化剂。采用的钴钼催化剂同时具有有机硫加氢转化功能，节约了单独的有机硫处理装置。同其它大部份催化剂一样，钴钼催化剂在使用前也需要将氧化态催化剂活化：
CoO+H2S＝CoS+H2O放热
MoO+H2S＝MoS+H2O放热
硫源通常采用CS2补入新鲜合成气获得:
CS2+4H2＝CH4+2H2S吸热
也有采用固体硫化氢发生器的。
为保证还原深度和避免副反应的发生，还原气中的H2S浓度必须维持在较高水平上，这就是说随着反应进行，必须不断的补入一小部分新鲜合成气和硫源，同时排放等量的气体。由于排放其中含有很高的硫化氢(15～20g/nm3)，因而需要加以处理后排放，通常方法是用通过火炬放空。另外大部分还原气通过循环压缩机在系统内循环，催化剂大约3～5年还原一次。
Claims (5)
1.一种经济的合成气耐硫变换工艺，基于煤气化合成气耐硫变换系统，所述煤气化合成气耐硫变换系统包括接界外管廊合成气的低温缓冲过滤器(8)，低温缓冲过滤器(8)的出口与高温过滤器(7)的入口连接且连接管路上设置有热交换器(12)、加热器(13)和补充蒸汽的蒸汽分水器(6)，高温过滤器(7)的出口接变换炉(1)一的顶部进气口，变换炉一(1)中包含顶部催化剂保护床层(a)、上催化剂床层一(b)和下催化剂床层一(c)，出变换炉一(1)的合成气接入变换炉二(2)的顶部入口，变换炉二(2)中包含上催化剂床层二(d)和下催化剂床层二(e)，变换炉一(1)与变换炉二(2)之间设置有增湿器组，变换炉二(2)的底部出气口接变换气分水器(11)，变换气分水器(11)的出气口接脱酸气工段，出水口接增湿器组；
其特征在于，
使来自界外管廊的合成气通过低温缓冲过滤器(8)去除颗粒物与水雾，然后在热交换器(12)中被来自二段反应气的高温反应气加热，再通过高温过滤器(7)除去水雾后进入变换炉一(1)的顶部催化剂保护床层(a)得到一段反应气，一段反应气经上催化剂床层一(b)后进行增湿，然后经过下催化剂床层一(c)得到二段反应气，二段反应气经热回收后再次增湿经过变换炉二(2)的上催化剂床层二(d)得到三段反应气，三段反应气进行增湿进入下催化剂床层二(e)得到四段反应气，四段反应气经变换气分水器(11)后送脱酸气工段，变换气分水器(11)分离出的酸性水再回送至增湿器组。
2.根据权利要求1所述的经济的合成气耐硫变换工艺，其特征在于，所述一段反应气通过增湿器一(3)进行增湿，二段反应气通过增湿器二(4)增湿，三段反应气通过增湿器三(5)进行增湿，
3.根据权利要求1所述的经济的合成气耐硫变换工艺，其特征在于，所述四段反应气依次经过给水预热器(17)、富液加热器(16)、循环水冷却器(15)和变换气分水器(11)后，分离出的气体送脱酸气工段；变换气分水器(11)分离出的酸性水经酸性水汽提塔(9)后进入给水缓冲罐(18)，与外补锅炉水合并经多级泵增压预热送各增湿器。
4.根据权利要求1所述的经济的合成气耐硫变换工艺，其特征在于，所述变换炉一(1)的顶部催化剂保护床层(a)吸附灰尘杂质。
5.根据权利要求1所述的经济的合成气耐硫变换工艺，其特征在于，所述上催化剂床层一(b)、下催化剂床层一(c)、上催化剂床层二(d)和下催化剂床层二(e)中的催化剂为耐硫钴钼变换催化剂。
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