CN109718868A - 一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统及方法，包括加热装置、变换炉、冷却分离装置和循环硫化压缩机，其中，合成气管道的出口经过加热装置连接变换炉的入口，变换炉的出口经过冷却分离装置连接循环硫化压缩机的入口，循环硫化压缩机的出口连接加热装置的入口，形成循环回路；其中，加热装置和变换炉之间的连接管道上设置有CS2注入口；冷却分离装置和循环硫化压缩机之间的连接管道上设置有H2注入口；该结构使得活化系统对压缩机的适应性好，可以适应于多种功率的压缩机。
Description
技术领域
本发明属于清洁煤发电技术领域，特别涉及一种适应于多功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统及方法。
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。在燃煤发电系统中优化煤发电工艺流程，提高煤的利用效率，达到二氧化碳及污染物的微排放将成为煤发电技术的一大突破。
基于IGCC的燃烧前CO2捕集系统，利用合成气的耐硫变换，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，为燃煤发电带来令人瞩目的光明。合成气的耐硫变换是工艺中的重要一环，一般采用钴钼变换催化剂，钴钼变换催化剂在使用前需激活，即由氧化态转化成硫化态。
钴钼催化剂的激活，需配压缩机作为系统的内循环动力。压缩机只在激活催化剂时使用，因此，选择功率合适、效果良好的压缩机成为了催化剂激活的关键。然而在实际操作中，现成的压缩机功率并不一定正好与系统匹配，因此，合成气变换系统的多适应性也至关重要。本发明意在提供一种适应于多功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，解决了现有的合成气变换催化剂激活系统所需要的内循环动力选择性不多，导致系统的适应性不好的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，包括加热装置、变换炉、冷却分离装置和循环硫化压缩机，其中，合成气管道的出口经过加热装置连接变换炉的入口，变换炉的出口经过冷却分离装置连接循环硫化压缩机的入口，循环硫化压缩机的出口连接加热装置的入口，形成循环回路；
其中，加热装置和变换炉之间的连接管道上设置有CS2注入口；
冷却分离装置和循环硫化压缩机之间的连接管道上设置有H2注入口。
优选地，加热装置为电加热器。
优选地，冷却分离装置包括变换气冷却器和变换气分水器，其中，变换炉的出口连接变换气冷却器的入口相连，变换气冷却器的出口与变换气分水器的入口相连，变换气分水器的出口与循环硫化压缩机的入口相连。
优选地，循环硫化压缩机的出口还设置有一支路，该支路连接有旁路，旁路的出口设置在冷却分离装置和循环硫化压缩机之间的连接管道上。
优选地，旁路上设置有旁路阀。
优选地，合成气管道和加热装置之间设置有缓冲过滤器。
一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化方法，基于一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，包括以下步骤：
合成气进入加热装置中进行加热，使其达到有效的激活温度，之后与CS2注入口中注入的CS2进行混合，之后进入变换炉中与钴钼催化剂进行激活反应，反应后产生的变换气经过冷却分离装置进行冷却、分离，得到的硫化气与H2注入口注入的H2进行混合，之后进入循环硫化压缩机中进行升压处理，加压后的变换气再次进入加热装置中循环使用。
优选地，当循环硫化压缩机的功率过大时，加压后的变换气，分为两支，其中一支进入缓冲过滤器循环使用；另一支进行旁路，之后与冷却分离装置出口的硫化气进行混合，进入循环硫化压缩机中。
优选地，CS2注入口注入的CS2用量在70～80㎏/m3催化剂；H2注入口注入的H2用量在100～120Nm3/m3催化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，通过加热装置对合成气进行加热，达到有效的激活温度后，进入变换炉进行激活反应，反应后进入压缩机进行加压处理，之后再次进入加热装置循环使用，该结构使得活化系统对压缩机的适应性好，可以适应于多种功率的压缩机。
同时，增加的循环旁路，可调节压缩机入口温度，为循环硫化的稳定运行提供了保障，节约了硫化气冷却所需设备及除盐水，解决了床层温度需求高，压缩机入口温度需求低的难题；
进一步的，旁路阀，可调节床层空速，为催化剂的激活提供了良好条件。
附图说明
图1是本发明涉及的活化系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，包括缓冲过滤器1、电加热器2、变换炉3、变换气冷却器4、变换气分水器5、循环硫化压缩机6、合成气旁路7、旁路阀8、CS2注入口9和H2注入口10；其中，缓冲过滤器1的出口与电加热器2的入口相连，电加热器2的出口与变换炉3的入口相连，变换炉3的出口与变换气冷却器4的入口相连，变换气冷却器4的出口与变换气分水器5的入口相连，变换气分水器5的出口与循环硫化压缩机6的入口相连，循环硫化压缩机6的出口与缓冲过滤器1的入口相连，形成回路；在缓冲过滤器1前设立管线与变换气分水器5后相连，形成旁路7，旁路阀8链接在旁路7上；CS2注入口9设在电加热器2与变换炉3之间，H2注入口10设在循环硫化压缩机6之前。
所述缓冲过滤器1，装填氧化铝瓷球和活性炭，用以缓冲、过滤合成气。
所述电加热器2，将合成气加热至有效的激活温度，使床层温度可以达到激活初期的180-200℃，也可以达到激活强化期的350-400℃。
所述变换炉3，装填钴钼催化剂，为激活反应的主要场所。
所述变换气冷却器4，用于冷却从变换炉3出来的硫化气，使硫化气循环回压缩机时温度适宜。
所述变换气分水器5，用于分离冷却的硫化气中的冷凝液。
所述循环硫化压缩机6，用于为循环硫化提供空速动力。
所述旁路7，用于调节催化剂床层的空速，使催化剂床层空速保持在300-500h-1，同时为循环回压缩机的硫化气降温，使循环硫化压缩机入口温度适宜。
所述旁路阀8，根据压缩机功率调节旁路7的流量。
所述CS2注入口9，用于添加循环硫化所需CS2，用量在70～80㎏/m3催化剂。
所述H2注入口10，用于添加循环硫化所需H2，用量在100～120Nm3/m3催化剂。
工作原理：
合成气进入缓冲过滤室1中进行缓冲、过滤，净化后的合成气进入电加热器2进行加热，使其达到有效的激活温度，之后与CS2注入口9中注入的CS2进行混合，之后进入变换炉3中与钴钼催化剂进行激活反应，反应后产生的变换气依次经过变换气冷却器4和变换气分水器5进行冷却、分离，得到的硫化气与H2注入口10注入的H2进行混合，之后进入循环硫化压缩机6中进行升压处理，加压后的变换气再次进入缓冲过滤器1循环使用。
当循环硫化压缩机6的功率过大时，加压后的变换气，分为两支，其中一支进入缓冲过滤器1循环使用；另一支进行旁路7，之后与变换气分水器5出口的硫化气进行混合，进入循环硫化压缩机6中。
合成气的变换催化剂，EB-6型变换催化剂是一种钴钼系宽温耐硫变换催化剂，其主要活性组分为氧化钴(CoO)和三氧化钼(MoO3)。在使用前需要将其活化---硫化，使氧化态的钴、钼转化为硫化物，才具有高活性。
具体方法是以氮气+氢气(或煤气)为载体，以二硫化碳(或二甲基二硫)为硫化剂，在200℃以上连续加入CS2与氢气发生氢解反应生成H2S，与CoO、MoO3反应生成CoS、MoS2。
化学反应为：
MoO3+2H2S+H2＝MoS2+3H2O ΔH0＝-48.2KJ/mol
CoO+H2S＝CoO+H2O ΔH0＝-13.4KJ/mol
CS2+4H2＝2H2S+CH4 ΔH0＝-240KJ/mol
实施例：
现有硫化过程中循环气量为2000～3000Nm3/h的系统，电加热器设计容量为400KW，工作温度60-450℃，设计流量为2667Nm3/h。而现成的循环硫化压缩机设计气量15000Nm3/h，运行压力4kg，大大超过了系统所需气量。因此在硫化过程中采用了较低的压力(0.8-1.5bar)、全开循环硫化压缩机自身回流等方法控制循环气量。此时，循环硫化气量降低到5000-6000Nm3/h(根据电加热器出口温度最高只能加热到<230℃)。因此，将旁路阀8打开，使主循环回流量控制在2000～3000Nm3/h，旁路7引走的气体可用来为硫化气降温。
Claims (9)
1.一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，其特征在于，包括加热装置、变换炉(3)、冷却分离装置和循环硫化压缩机(6)，其中，合成气管道的出口经过加热装置连接变换炉(3)的入口，变换炉(3)的出口经过冷却分离装置连接循环硫化压缩机(6)的入口，循环硫化压缩机(6)的出口连接加热装置的入口，形成循环回路；
其中，加热装置和变换炉(3)之间的连接管道上设置有CS2注入口(9)；
冷却分离装置和循环硫化压缩机(6)之间的连接管道上设置有H2注入口(10)。
2.根据权利要求1所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，其特征在于，加热装置为电加热器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，其特征在于，冷却分离装置包括变换气冷却器(4)和变换气分水器(5)，其中，变换炉(3)的出口连接变换气冷却器(4)的入口相连，变换气冷却器(4)的出口与变换气分水器(5)的入口相连，变换气分水器(5)的出口与循环硫化压缩机(6)的入口相连。
4.根据权利要求1所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，其特征在于，循环硫化压缩机(6)的出口还设置有一支路，该支路连接有旁路(7)，旁路(7)的出口设置在冷却分离装置和循环硫化压缩机(6)之间的连接管道上。
5.根据权利要求4所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，其特征在于，旁路(7)上设置有旁路阀(8)。
6.根据权利要求1所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，其特征在于，合成气管道和加热装置之间设置有缓冲过滤器(1)。
7.一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化系统，包括以下步骤：
合成气进入加热装置中进行加热，使其达到有效的激活温度，之后与CS2注入口(9)中注入的CS2进行混合，之后进入变换炉(3)中与钴钼催化剂进行激活反应，反应后产生的变换气经过冷却分离装置进行冷却、分离，得到的硫化气与H2注入口(10)注入的H2进行混合，之后进入循环硫化压缩机(6)中进行升压处理，加压后的变换气再次进入加热装置中循环使用。
8.根据权利要求7所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化方法，其特征在于，当循环硫化压缩机(6)的功率过大时，加压后的变换气，分为两支，其中一支进入缓冲过滤器(1)循环使用；另一支进行旁路(7)，之后与冷却分离装置出口的硫化气进行混合，进入循环硫化压缩机(6)中。
9.根据权利要求7所述的一种适应于多种功率压缩机的合成气变换催化剂活化方法，其特征在于，CS2注入口(9)注入的CS2用量在70～80㎏/m3催化剂；H2注入口(10)注入的H2用量在100～120Nm3/m3催化剂。
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