CN104531246A - 一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统 - Google Patents

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王晓龙
何忠
郜时旺
肖天存
许世森
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Abstract

一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统，包括备煤单元，备煤单元与气化炉连接，气化炉粗煤气出口与第一吸收塔入口连接，第一吸收塔出口的主线一路通过变换单元连接与低温甲醇洗单元连接，副线一路与电厂连接，电能直接供给电解水制氢单元；气化炉的循环污水出口通过第二吸收塔连接与电解水制氢单元连接，电解水制氢单元的氢气出口和低温甲醇洗单元出口合并后与甲烷化单元连接，电解水制氢单元的氧气出口和相应设备连接，本系统不仅解决了甲烷化催化剂还原需高纯氢气的需求，同时在制天然气过程中采用纯度较高的氢气补充变换工段调节合成气中的氢碳比，减轻了常规煤制天然气工艺中变换工段的生产负荷，提高了碳利用率。

Description

一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统
技术领域
本发明属于天然气技术领域，特别涉及一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统。
背景技术
现有的煤制天然气生产中，煤气化后的粗煤气必须通过变换工段调节氢碳比，这会使大量的一氧化碳转化成二氧化碳，降低了碳的有效利用率，同时也增加了下游低温甲醇洗单元的负荷，造成了能源的浪费。
煤制天然气工艺技术过程会产生大量的工业污水，无限制的排放不仅污染环境，而且造成水资源的大量浪费；同时生产过程中还会产生大量的工艺热能，许多工厂为降低改造费用而选择直接排放；再者，煤制天然气企业大多数都处于内蒙、新疆等风能、光伏等可再生能源比较丰富的偏远地区，而可再生能源发电不容易实现并网输送，在生产过程中如果不能够充分利用这部分余电会造成能源的极大浪费，有悖于我国节能减排的能源方针政策。
随着电解水制氢工艺技术的逐渐成熟，通过电厂余电和工艺热电电解水制氢，大大降低了制氢工艺成本，更重要的是电解水制备的氢气纯度较高，可得到99％以上的高纯度氢气。近年来，随着成套工艺技术的推广，电解水制氢在工艺制氢领域发挥越来越重要的作用。目前还没有将电解水制氢应用到煤制天然气生产。
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电解制氢与煤制合成气制天然气的系统，具有能耗低、操作方便，催化反应效率高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统，包括备煤单元1，备煤单元1的出口与气化炉2的入口连接，气化炉2上端粗煤气出口与第一吸收塔3入口连接，第一吸收塔3出口分成主线和副线两路，主线一路与变换单元5入口连接，变换单元5出口与低温甲醇洗单元6入口连接；第一吸收塔3出口副线一路与电厂7连接，由电厂7通过热电、风电、光伏产生的电能直接供给电解水制氢单元8；气化炉2的下端循环污水出口与第二吸收塔4入口连接，第二吸收塔4出口与电解水制氢单元8的入口连接，电解水制氢单元8的氢气出口和低温甲醇洗单元6出口合并后与甲烷化单元9入口连接，电解水制氢单元8的氧气出口和相应设备连接。
所述第一吸收塔3采用降温冷凝、物理吸收对粗煤气进行除尘和粗脱硫。
所述第二吸收塔4采用活性炭吸附法和混凝沉淀法对循环污水进行深度处理。
所述系统的制氢工艺，包括以下步骤：电解水制氢单元8富产的纯氧，纯度达到99.5％-99.8％，与300℃-350℃的过热工艺蒸汽充分混合，其氧气、蒸汽和来自备煤单元1的煤粉一起进入到气化炉2，在3.9MPa的压力下进行氧化反应，产生的粗煤气中CH4含量8-13％，CO含量12-18％，H2含量35-45％,CO2含量28-35％和少量的沥青、焦油、H2S、SO2杂质，通过第一吸收塔3处理，得到符合要求的原料煤气；关闭第一吸收塔3出口主线一路，原料煤气通过第一吸收塔3出口副线一路直接进入电厂7作为燃料发电补充电解水制氢单元8所需的电能；气化炉2下端产生的循环污水通过第二吸收塔4处理，得到符合要求的电解水，同时并入煤气化工段产生的热能发电，采用电解水制氢单元8电解水制氢，得到99％以上的高纯度氢气，通过甲烷化单元9的还原过程得到分散性较高的还原态的甲烷化催化剂。
所述系统的制天然气工艺，包括以下步骤：气化炉2下端产生的循环污水通过第二吸收塔4处理，得到符合要求的电解水水质，通过电解水制氢单元8制备高纯度氢气，期间电解水制氢单元8所需电能大部分来电厂余电和热电、风电、光伏所富产的热电；首先来自电解水制氢单元8富产的纯氧，纯度达到99.5％-99.8％，与300℃-350℃的过热工艺蒸汽充分混合，其氧气、蒸汽和来自备煤单元1的煤粉一起进入到气化炉2，在3.9MPa的压力下进行氧化反应，产生的粗煤气中CH4含量8-13％，CO含量12-16％，H2含量35-40％,CO2含量28-35％和少量的沥青、焦油、H2S、SO2杂质，通过第一吸收塔3处理，得到符合要求的原料煤气，打开第一吸收塔3出口主线一路，原料煤气通过变换单元5进行氢碳比的初步调节，再在-50℃低温甲醇洗单元6除去含硫化合物、CO2酸性气体，低温甲醇洗单元6出口的净煤气与电解水制氢单元8出口的高纯氢气混合，补充调节符合甲烷化单元9反应所需要的氢碳比3.01-3.05，通过甲烷化单元9进行甲烷化反应，得到符合要求的天然气。
本发明的优点：在煤制天然气甲烷化过程中，电解水制氢单元8的引入，不仅解决了甲烷化单元9催化剂还原时所需高纯氢气的需求，同时在制天然气过程中可以采用纯度较高的氢气补充变换工段调节合成气中的氢碳比，减轻了常规煤制天然气工艺中变换工段的生产负荷，有效降低了煤制天然气的投资成本，提高了碳利用率。同时在生产过程中可以根据工况条件变化灵活操作第一吸收塔3出口主副线路流量大小，稳定电力供应，有效提高能量利用率。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参照附图，一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统，包括备煤单元1，备煤单元1的出口与气化炉2的入口连接，气化炉2上端粗煤气出口与第一吸收塔3入口连接，第一吸收塔3出口分成主线和副线两路，主线一路与变换单元5入口连接，变换单元5出口与低温甲醇洗单元6入口连接；第一吸收塔3出口副线一路与电厂7连接，由电厂7通过热电、风电、光伏产生的电能直接供给电解水制氢单元8；气化炉2的下端循环污水出口与第二吸收塔4入口连接，第二吸收塔4出口与电解水制氢单元的入口连接，电解水制氢单元8的氢气出口和低温甲醇洗单元6出口合并后与甲烷化单元9入口连接，电解水制氢单元8的氧气出口和相应设备连接。
所述第一吸收塔3采用降温冷凝、物理吸收对粗煤气进行除尘和粗脱硫，除去煤气中的沥青、焦油、中油、轻油、萘、苯、氨、硫化氢及各种烃类化合物，得到符合要求的原料煤气。
所述第二吸收塔4采用活性炭吸附法和混凝沉淀法对循环污水进行深度处理，除去污水中的污泥、悬浮物和腐蚀性物质，得到负荷电解要求的水质，延长电解池电极的使用寿命，提高电解效率且降低后续工段的负荷。
所述系统的制氢工艺，包括以下步骤：电解水制氢单元8富产的纯氧，纯度达到99.5％-99.8％，与300℃-350℃的过热工艺蒸汽充分混合，其氧气、蒸汽和来自备煤单元1的煤粉一起进入到气化炉2，在3.9MPa的压力下进行氧化反应，产生的粗煤气中CH4含量8-13％，CO含量12-18％，H2含量35-45％,CO2含量28-35％和少量的沥青、焦油、H2S、SO2杂质，通过第一吸收塔3处理，得到符合要求的原料煤气；关闭第一吸收塔3出口主线一路，原料煤气通过第一吸收塔3出口副线一路直接进入电厂7作为燃料发电补充电解水制氢单元8所需的电能；气化炉2下端产生的循环污水通过第二吸收塔4处理，得到符合要求的电解水，同时并入煤气化工段产生的热能发电，采用电解水制氢单元8电解水制氢，得到99％以上的高纯度氢气，通过甲烷化单元9的还原过程得到分散性较高的还原态的甲烷化催化剂。
所述系统的制天然气工艺，包括以下步骤：气化炉2下端产生的循环污水通过第二吸收塔4处理，得到符合要求的电解水水质，通过电解水制氢单元8制备高纯度氢气，期间电解水制氢单元8所需电能大部分来电厂余电和热电、风电、光伏所富产的热电；首先来自电解水制氢单元8富产的纯氧，纯度达到99.5％-99.8％，与300℃-350℃的过热工艺蒸汽充分混合，其氧气、蒸汽和来自备煤单元1的煤粉一起进入到气化炉2，在3.9MPa的压力下进行氧化反应，产生的粗煤气中CH4含量8-13％，CO含量12-16％，H2含量35-40％,CO2含量28-35％和少量的沥青、焦油、H2S、SO2杂质，通过第一吸收塔3处理，得到符合要求的原料煤气，打开第一吸收塔3出口主线一路，原料煤气通过变换单元5进行氢碳比的初步调节，再在-50℃低温甲醇洗单元6除去含硫化合物、CO2酸性气体，低温甲醇洗单元6出口的净煤气与电解水制氢单元8出口的高纯氢气混合，补充调节符合甲烷化单元9反应所需要的氢碳比3.01-3.05，通过甲烷化单元9进行甲烷化反应，得到符合要求的天然气；期间根据电解水工艺段生产负荷，控制变换工段，降低变换工段的生产强度。

Claims (5)

1.一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统，包括备煤单元(1)，其特征在于：备煤单元(1)的出口与气化炉(2)的入口连接，气化炉(2)上端粗煤气出口与第一吸收塔(3)入口连接，第一吸收塔(3)出口分成主线和副线两路，主线一路与变换单元(5)入口连接，变换单元(5)出口与低温甲醇洗单元(6)入口连接；第一吸收塔(3)出口副线一路与电厂(7)连接，由电厂(7)通过热电、风电、光伏产生的电能直接供给电解水制氢单元(8)；气化炉(2)的下端循环污水出口与第二吸收塔(4)入口连接，第二吸收塔(4)出口与电解水制氢单元(8)的入口连接，电解水制氢单元(8)的氢气出口和低温甲醇洗单元(6)出口合并后与甲烷化单元(9)入口连接，电解水制氢单元(8)的氧气出口和相应设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统，其特征在于：所述第一吸收塔(3)采用降温冷凝、物理吸收对粗煤气进行除尘和粗脱硫。
3.根据权利要求1所述的一种电解制氢与煤制合成气制天然气的系统，其特征在于：所述第二吸收塔(4)采用活性炭吸附法和混凝沉淀法对循环污水进行深度处理。
4.根据权利要求1所述系统的制氢工艺，其特征在于：包括以下步骤：电解水制氢单元(8)富产的纯氧，纯度达到99.5％-99.8％，与300℃-350℃的过热工艺蒸汽充分混合，其氧气、蒸汽和来自备煤单元(1)的煤粉一起进入到气化炉(2)，在3.9MPa的压力下进行氧化反应，产生的粗煤气中CH4含量8-13％，CO含量12-18％，H2含量35-45％,CO2含量28-35％和少量的沥青、焦油、H2S、SO2杂质，通过第一吸收塔(3)处理，得到符合要求的原料煤气；关闭第一吸收塔(3)出口主线一路，原料煤气通过第一吸收塔(3)出口副线一路直接进入电厂(7)作为燃料发电补充电解水制氢单元(8)所需的电能；气化炉(2)下端产生的循环污水通过第二吸收塔(4)处理，得到符合要求的电解水，同时并入煤气化工段产生的热能发电，采用电解水制氢单元(8)电解水制氢，得到99％以上的高纯度氢气，通过甲烷化单元(9)的还原过程得到分散性较高的还原态的甲烷化催化剂。
5.根据权利要求1所述系统的制天然气工艺，其特征在于：包括以下步骤：气化炉(2)下端产生的循环污水通过第二吸收塔(4)处理，得到符合要求的电解水水质，通过电解水制氢单元(8)制备高纯度氢气，期间电解水制氢单元(8)所需电能大部分来电厂余电和热电、风电、光伏所富产的热电；首先来自电解水制氢单元(8)富产的纯氧，纯度达到99.5％-99.8％，与300℃-350℃的过热工艺蒸汽充分混合，其氧气、蒸汽和来自备煤单元(1)的煤粉一起进入到气化炉(2)，在3.9MPa的压力下进行氧化反应，产生的粗煤气中CH4含量8-13％，CO含量12-16％，H2含量35-40％,CO2含量28-35％和少量的沥青、焦油、H2S、SO2杂质，通过第一吸收塔(3)处理，得到符合要求的原料煤气，打开第一吸收塔(3)出口主线一路，原料煤气通过变换单元(5)进行氢碳比的初步调节，再在-50℃低温甲醇洗单元(6)除去含硫化合物、CO2酸性气体，低温甲醇洗单元(6)出口的净煤气与电解水制氢单元(8)出口的高纯氢气混合，补充调节符合甲烷化单元(9)反应所需要的氢碳比3.01-3.05，通过甲烷化单元(9)进行甲烷化反应，得到符合要求的天然气。
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