CN206970553U

CN206970553U - 由生物质气化气生产合成天然气的装置

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Publication number: CN206970553U
Application number: CN201720409865.2U
Authority: CN
Inventors: 李大育; 杨静波; 刘晓丽; 丁建梅; 范良忠
Original assignee: Xindi Energy Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Xindi Energy Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-02-06
Anticipated expiration: 2027-04-19

Abstract

一种生物质气化气生产合成天然气装置，其特征在于，该装置包括：气柜、原料气压缩机、初净化装置、变换精脱硫装置、脱碳装置、甲烷合成装置、膜分离装置和脱水装置，其中，气柜的入口连接生物质气化气进气管道，气柜的出口依次连接原料气压缩机、初净化装置、变换精脱硫装置、脱碳装置、甲烷合成装置、膜分离装置和脱水装置，所述初净化装置包括依次连接的脱油脱萘塔和湿法脱硫装置，所述变换精脱硫装置包括依次连接的变换炉和精脱硫装置，所述精脱硫装置包括依次连接的一级加氢转化器、中温脱硫槽、二级加氢转化器和氧化锌脱硫槽。

Description

由生物质气化气生产合成天然气的装置

技术领域

本实用新型涉及生物质气化气生产合成天然气装置，特别涉及由秸秆、玉米梗、木薯杆、棕榈壳等生物质气化气生产合成天然气的装置。

背景技术

生物质作为一种可再生能源，在能源结构系统中的地位越来越重要，由于化石燃料、煤炭的不可再生性和使用过程对环境的影响，生物质能将成为本世纪的主要能源之一。生物质在我国丰富而广泛，大力发展生物质气化技术，对缓解能源供求矛盾和减少环境污染有着十分重要的意义。

以棕榈壳为原料气化气的主要成分为：H₂ 37～40％、CO 25～27％、CO₂ 16～19％、CH₄ 8～11％、C_mH_n 2～4％、N₂ 2～3％、O₂ 0.03～0.06％，热值11.2～14.0MJ/Nm³。目前生物质气化工艺已逐步趋于成熟，生物质气化气本身含有10％左右的甲烷，因其氢气和一氧化碳含量高、热值低等特点，直接作燃料附加值低，因此开发生物质气化气生产合成天然气，使生物质气化气中的有效成分全部加以利用，达到提高生物质气化气的附加值的目的。

生物质气化气生产合成天然气主要反应式为：

CO+3H₂→CH₄+H₂O ΔH₀＝-206.2kJ/mol

由以上可以看出，甲烷化正常反应氢气和一氧化碳的摩尔比为3，相对而言，生物质气化气中氢少碳多。

为了使生物质气化气中的碳最大程度转化成甲烷，则需将生物质气化气经变换脱碳后调节氢碳比，使氢气和一氧化碳发生甲烷化反应，以此得到甲烷。

实用新型内容

本实用新型意在寻找一种由生物质气化气生产合成天然气的装置。

具体地，本实用新型提供一种生物质气化气生产合成天然气装置，其特征在于，该装置包括：气柜、原料气压缩机、初净化装置、变换精脱硫装置、脱碳装置、甲烷合成装置、膜分离装置和脱水装置，其中，所述初净化装置包括依次连接的脱油脱萘塔和湿法脱硫装置，所述变换精脱硫装置包括依次连接的变换炉和精脱硫装置，所述精脱硫装置包括依次连接的一级加氢转化器、中温脱硫槽、二级加氢转化器和氧化锌脱硫槽，

甲烷合成装置为采用循环气工艺的四级绝热固定床甲烷化反应器，包括一级甲烷合成反应器、二级甲烷合成反应器、三级甲烷合成反应器和四级甲烷合成反应器，循环气为三级甲烷合成反应器出口气，一级甲烷合成反应器补部分蒸汽，

气柜的入口连接生物质气化气进气管道，气柜的出口与原料气压缩机的第一、二级连接，原料压缩机的第一、二级进一步连接于初净化装置的脱油脱萘塔，初净化装置的湿法脱硫装置的出口连接原料气压缩机的第三级入口，原料气压缩机的第三级出口经由第一换热器连接变换炉的入口；

所述精脱硫装置的氧化锌脱硫槽的出口管道返回第一换热器(与来自原料气压缩机的第三级出口的物料进行换热)，然后先后进入第二换热器和第三换热器，再连接第一气液分离器入口，第一气液分离器的气体出口管道进入第四换热器后连接脱碳装置；

脱碳装置的出口管道先后进入第四换热器和第二换热器，然后连接于用于脱除微量硫的保护床的入口，保护床的出口管道进入第五换热器，然后分成三路，第一路进入第七换热器后连接一级甲烷合成反应器入口，一级甲烷合成反应器的出口管道先后进入第六换热器和第七换热器，然后与第二路汇合，连接二级甲烷合成反应器的入口，二级甲烷合成反应器的出口管道进入第八换热器后与第三路汇合，再连接三级甲烷合成反应器的入口，三级甲烷合成反应器的出口管道先后进入第九换热器、第十换热器和第十一换热器，然后连接第二气液分离器，第二气液分离器的气体出口管道分为两个支路，第一支路进入循环机(加压)，出循环机后进入第十换热器，再与上述保护床出口管道的第一路汇合进入第七换热器，再连接一级甲烷合成反应器入口，第二支路进入第九换热器，然后进入四级甲烷合成反应器，四级甲烷合成反应器出口管道依次进入第五换热器、第十二换热器，然后连接第三气液分离器，第三气液分离器的气体出口管道连接膜分离装置，膜分离装置的渗透气出口管道连接界外，膜分离装置的非渗透气出口连接脱水装置的入口，脱水装置的出口管道为产品气输出管道。

优选地，气柜为湿式气柜或干式气柜。

优选地是，压缩机为往复式压缩机。

优选地，初净化工艺装置中的脱油脱萘塔除油采用干法除油吸附剂物理脱除，湿法脱硫装置粗脱硫采用湿法PDS脱硫脱除大部分无机硫。

优选地，脱碳装置采用NHD脱碳装置脱除多余的CO₂。

优选地，脱水装置采用分子筛脱水装置。

采用上述装置的生物质气化气生产合成天然气的工艺包括：生物质气化气从界外来，先进入气柜进行缓冲，然后通过原料气压缩机(第一二级压缩)，优选压缩至0.40-0.50MPa，更优选0.45MPa，进入初净化工序，利用脱油脱萘塔除去油类杂质，利用湿法脱硫装置脱除大部分无机硫，再进入原料气压缩机(第三级压缩)，优选加压至2.0-3.0MPa，更优选2.5MPa。加压后生物质气化气，经第一换热器换热，补充部分蒸汽进入变换炉进行低温耐硫变换，先后经一级加氢转化器、中温脱硫槽、二级加氢转化器和氧化锌脱硫槽转化有机硫为无机硫，再利用氧化锌脱除无机硫。净化后的生物质气化气，经第二换热器、第三换热器逐级换热、第一气液分离器分水和第四换热器进一步冷却，进入脱碳装置脱除多余的CO₂。脱碳气经第四换热器、第二换热器逐级复热，进入保护床进一步脱除微量硫，经第五换热器换热后分为三股原料气，其中第一股原料气与循环气混合，并补充部分蒸汽经第七换热器加热，进入一级甲烷合成反应器；一级甲烷合成反应器出口反应气经第六换热器(废锅)、第七换热器换热，再与第二股原料气混合进入二级甲烷合成反应器；二级甲烷合成反应器出口反应气经第八换热器(废锅)回收热量，与第三股原料气混合进入三级甲烷合成反应器。三级甲烷合成反应器出口反应气，经第九换热器、第十换热器、第十一换热器逐级换热，进第二气液分离器分水。分水后反应气分为两股，一股经第九换热器加热进入四级甲烷合成反应器；另一股作为循环气，先经循环机加压，再经第十换热器加热，返回一级甲烷合成反应器入口。四级甲烷合成反应器出口反应气经第五换热器、第十二换热器逐级冷却，进入第三气液分离器分水后进入膜分离装置。膜分离装置分离出来的渗透气作为分离尾气送出界区；分离出来的非渗透气为提纯气，进入脱水装置进一步脱水，脱水后为产品气，送出界区。

产品气合成天然气质量符合国家标准《天然气》(GB17820-2012)的二类气的规定。

变换量受生物质气化气组成影响，根据脱碳后的生物质气化气氢碳比 (H₂-CO₂-2×O₂)/(CO+CO₂)≈3.2来确定变换量。

优选地，变换精脱硫工艺变换工艺采用低温耐硫变换工艺，精脱硫采用干法加氢转化+ 氧化锌脱硫工艺脱除硫。

通过本实用新型的装置，将利用生物质气化气生产合成天然气，使企业经济效益最大化。

附图说明

图1为根据本实用新型一个实施方式的工艺装置示意图。

其中附图标记1-气柜，2-原料气压缩机(第一二级压缩)，3-脱油脱萘塔，4-湿法脱硫装置，5-原料气压缩机(第三级压缩)，6-第一换热器、12-第二换热器、13-第三换热器、15- 第四换热器、18-第五换热器、20-第六换热器、21-第七换热器、23-第八换热器、25-第九换热器、26-第十一换热器、28-第十换热器、31-第十二换热器，7-变换炉，8-一级加氢转化器， 9-中温脱硫槽，10-二级加氢转化器，11-氧化锌脱硫槽，14-第一气液分离器、27-第二气液分离器、32-第三气液分离器，16-脱碳装置，17-保护床，19-一级甲烷合成反应器，22-二级甲烷合成反应器，24-三级甲烷合成反应器，29-循环机，30-四级甲烷合成反应器，33-膜分离装置，34-脱水装置。

具体实施方式

本实用新型的生物质气化气生产合成天然气的装置，该装置包括：特别涉及由秸秆、玉米梗、木薯杆、棕榈壳等生物质气化气生产天然气的装置。

生物质气化气经气柜缓冲后，进入生物质气化气生产合成天然气装置。

根据生物质气化气的组成，按脱碳后的净化气氢碳比(H₂-CO₂-2×O₂)/(CO+CO₂)≈3.2来确定变换气量。

通过本实用新型的装置，将低热值的生物质气化气生产合成天然气，使企业经济效益最大化。开发一种生物质气化气生产合成天然气的装置。

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的详细描述，以下仅为本实用新型的较佳的实例，不能以此限定本实用新型的范围。凡是依此实用新型申请专利范围所作的变化与修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围内。

如图1所示，一种生物质气化气生产合成天然气装置，该装置包括：气柜1、原料气压缩机2(原料气压缩机的第一级和第二级)、5(原料气压缩机的第三级)、初净化装置、变换精脱硫装置、脱碳装置16、甲烷合成装置、膜分离装置33和脱水装置34，其中，甲烷合成装置包括一级甲烷合成反应器19、二级甲烷合成反应器22、三级甲烷合成反应器24、四级甲烷合成反应器30；所述初净化装置包括依次连接的脱油脱萘塔3和湿法脱硫装置4，所述变换精脱硫装置包括依次连接的变换炉7和精脱硫装置，所述精脱硫装置包括依次连接的一级加氢转化器8、中温脱硫槽9、二级加氢转化器10和氧化锌脱硫槽11。

湿法脱硫装置的出口连接原料气压缩机5(原料气压缩机的第三级)的入口，原料气压缩机5的出口经由第一换热器6连接变换炉7的入口；

氧化锌脱硫槽11的出口管道返回第一换热器6(与来自原料气压缩机5出口的物料进行换热)，然后先后进入第二换热器12和第三换热器13，再连接第一气液分离器14入口，第一气液分离器14的气体出口管道进入第四换热器15后连接脱碳装置16；

脱碳装置16的出口管道先后进入第四换热器15和第二换热器12，然后连接于保护床17 的入口，保护床17的出口管道进入第五换热器18，然后分成三路，第一路进入第七换热器21 后连接一级甲烷合成反应器19入口，一级甲烷合成反应器19的出口管道先后进入第六换热器 20和第七换热器21，然后与第二路汇合，连接二级甲烷合成反应器22的入口，二级甲烷合成反应器22的出口管道进入第八换热器23后与第三路汇合，再连接三级甲烷合成反应器24的入口，三级甲烷合成反应器24的出口管道先后进入第九换热器25、第十换热器28和第十一换热器26，然后连接第二气液分离器27，第二气液分离器27的气体出口管道分为两个支路，第一支路进入循环机29(加压)，出循环机后进入第十换热器28，再与上述保护床出口管道的第一路汇合进入第七换热器21，再连接一级甲烷合成反应器19入口，第二支路进入第九换热器 25，然后进入四级甲烷合成反应器30，四级甲烷合成反应器30出口管道依次进入第五换热器18、第十二换热器31，然后连接第三气液分离器32，第三气液分离器32的气体出口管道连接膜分离装置33，膜分离装置33的渗透气出口管道连接界外，膜分离装置的非渗透气出口连接脱水装置34的入口，脱水装置的出口管道为产品气输出管道。

实施例

以年处理60万吨的棕榈壳为例，生物质气化气总量为74784Nm³/h。

气化装置按7500小时计，生物质气化气的摩尔组成为：H₂ 39.1％、CO 27％、CO₂18％、 CH₄10％、C₂H₄ 2％、C₂H₆ 0.5％、C₃H₆ 0.3％、C₃H₈0.2％、N₂ 2.5％、O₂ 0.05％、其他杂质 0.35％，热值13.20MJ/Nm³。

生物质气化气生产合成天然气工艺装置，如图1所示的工艺装置示意图。

根据生物质气化气的组成，按脱碳后的净化气氢碳比(H₂-CO₂-2×O₂)/(CO+CO₂)≈3.2来确定变换气量，最终可生产合成天然气25000Nm³/h，其组成为：CH₄ 84.73％、H₂7.77％、N₂ 7.5％，高位热值32.31MJ/Sm³。

本实施例的具体步骤是：

1、生物质气化气从界外来，先进入气柜1进行缓冲，然后通过原料气压缩机(第一二级压缩)2压缩至0.45MPa，进入初净化工序，利用脱油脱萘塔3除去油类杂质，利用湿法脱硫装置4脱除大部分无机硫，再进入原料气压缩机(第三级压缩)5加压至2.5MPa。

2、加压后生物质气化气，经第一换热器6换热，补充部分蒸汽温度维持在260～280℃，进入变换炉7进行低温耐硫变换，先后经一级加氢转化器8、中温脱硫槽9、二级加氢转化器 10和氧化锌脱硫槽11转化有机硫为无机硫，再利用氧化锌脱除无机硫。

3、净化后的生物质气化气，经第二换热器12、第三换热器13逐级换热、第一气液分离器14分水和第四换热器15进一步冷却至12～15℃，压力2.3MPa左右进入脱碳装置16脱除多余的CO₂。

4、脱碳气经第四换热器15、第二12逐级复热至180～230℃，压力2.1MPa左右进入保护床17进一步脱除微量硫，经第五换热器18换热至230～250℃后，分为三股原料气。其中第一股原料气与循环气混合，并补充部分蒸汽经第七换热器21加热至280～300℃，进入一级甲烷合成反应器19；一级甲烷合成反应器19出口反应气经第六换热器(废锅)20、第七换热器21 换热，再与第二股原料气混合温度为280～300℃，进入二级甲烷合成反应器22；二级甲烷合成反应器22出口反应气经第八换热器(废锅)23回收热量，与第三股原料气混合温度为 280～300℃，进入三级甲烷合成反应器24。三级甲烷合成反应器24出口反应气，经第九换热器25、第十换热器28、第十一换热器26逐级换热至100～110℃，进第二气液分离器27分水。分水后反应气分为两股，一股经第九换热器25加热至280～300℃进入四级甲烷合成反应器30；另一股作为循环气，先经循环机29加压，再经第十换热器28加热至250～270℃，返回一级甲烷合成反应器19入口。四级甲烷合成反应器30出口反应气经第五换热器18、第十二31逐级冷却至40℃左右，进入第三气液分离器32分水后，压力～1.7MPa，进入膜分离装置33。膜分离装置33分离出来的渗透气作为分离尾气送出界区；分离出来的非渗透气为提纯气，温度50℃左右，压力～1.5MPa，进入脱水装置34进一步脱水，脱水后为产品气，送出界区。

本实施例主要技术经济指标如下：

由以上可知，本实用新型与生物质气化气直接做燃料发电相比，投资稍高，收入大大增加，投资回收期短，效益良好。

以上已对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不局限于本文所描述具体实施方式。本领域技术人员理解，在不背离本实用新型范围的情况下，可以作出其他更改和变形。本实用新型的范围由所附权利要求限定。

Claims

1.一种生物质气化气生产合成天然气装置，其特征在于，该装置包括：气柜、原料气压缩机、初净化装置、变换精脱硫装置、脱碳装置、甲烷合成装置、膜分离装置和脱水装置，其中，所述初净化装置包括依次连接的脱油脱萘塔和湿法脱硫装置，所述变换精脱硫装置包括依次连接的变换炉和精脱硫装置，所述精脱硫装置包括依次连接的一级加氢转化器、中温脱硫槽、二级加氢转化器和氧化锌脱硫槽，

气柜的入口连接生物质气化气进气管道，气柜的出口与原料气压缩机的第一、二级连接，原料压缩机的第一、二级进一步连接于初净化装置的脱油脱萘塔，初净化装置的湿法脱硫装置的出口连接原料气压缩机的第三级入口，原料气压缩机的第三级出口经由第一换热器连接变换精脱硫装置的变换炉的入口；

所述精脱硫装置的氧化锌脱硫槽的出口管道返回第一换热器，然后先后进入第二换热器和第三换热器，再连接第一气液分离器入口，第一气液分离器的气体出口管道进入第四换热器后连接脱碳装置；

脱碳装置的出口管道先后进入第四换热器和第二换热器，然后连接于用于脱除微量硫的保护床的入口，保护床的出口管道进入第五换热器，然后分成三路，第一路进入第七换热器后连接一级甲烷合成反应器入口，一级甲烷合成反应器的出口管道先后进入第六换热器和第七换热器，然后与第二路汇合，连接二级甲烷合成反应器的入口，二级甲烷合成反应器的出口管道进入第八换热器后与第三路汇合，再连接三级甲烷合成反应器的入口，三级甲烷合成反应器的出口管道先后进入第九换热器、第十换热器和第十一换热器，然后连接第二气液分离器，第二气液分离器的气体出口管道分为两个支路，第一支路进入循环机，出循环机后进入第十换热器，再与上述保护床出口管道的第一路汇合进入第七换热器，再连接一级甲烷合成反应器入口，第二支路进入第九换热器，然后进入四级甲烷合成反应器，四级甲烷合成反应器出口管道依次进入第五换热器、第十二换热器，然后连接第三气液分离器，第三气液分离器的气体出口管道连接膜分离装置，膜分离装置的渗透气出口管道连接界外，膜分离装置的非渗透气出口连接脱水装置的入口，脱水装置的出口管道为产品气输出管道。

2.根据权利要求1所述的生物质气化气生产合成天然气装置，其特征在于，气柜为湿式气柜或干式气柜。

3.根据权利要求1所述的生物质气化气生产合成天然气装置，其特征在于，压缩机为往复式压缩机。

4.根据权利要求1所述的生物质气化气生产合成天然气装置，其特征在于，脱碳装置采用NHD脱碳装置脱除多余的CO₂。

5.根据权利要求1所述的生物质气化气生产合成天然气装置，其特征在于，脱水装置采用分子筛脱水装置。