CN211169844U - 煤气化的全变换系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于煤化工技术领域；涉及一种煤气化的全变换系统，包括分离器、饱和塔、脱毒槽、变换炉以及汽包；分离器的顶部出口依次与饱和塔、脱毒槽以及变换炉的壳程入口相连；变换炉的管程入口与汽包的管程出口相连；变换炉的管程出口与汽包的管程入口相连；汽包的壳程出口与变换炉的壳程入口相连；汽包的壳程入口与锅炉水管相连；变换炉的壳程出口与反应塔的入口相连。本实用新型工艺操作简单、结构可靠、催化剂寿命延长且活性好，运行成本低，粗煤气实现全变换，能同时满足制甲醇、制氢或制氨的要求。
Description
技术领域
本实用新型属于煤化工技术领域；涉及一种甲醇变换工艺，特别涉及一种煤气化的全变换系统。
背景技术
Shell炉煤气化过程是在高温、加压条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高，在有氧条件下，碳、挥发分及部分反应产物 (H2和CO等)以发生燃烧反应为主，在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应，即气化反应阶段，最终形成以CO和H2为主要成分的煤气离开气化炉，其中汽气比较低，且粗煤气中的CO含量在60～80％，粗煤气的压力在3.2-4.2MPa之间，温度约165℃，含饱和水蒸气。这些经Shell炉煤气化的粗煤气可用来制甲醇、氢气以及氨气。
更深入的，进一步利用Shell炉煤气化的粗煤气在生产甲醇时，多采用CO2作为输送的载气，并要求H2和CO的体积比约2.15，而现有的Shell炉煤气化的粗煤气中CO变换工艺一般采用三段低水气比变换工艺，虽然能提高H2的含量，但是操作复杂，变换炉的催化剂装量增加，且催化剂的使用周期短，只有1.5～2年；同时，Shell炉煤气化的粗煤气在制氢气和氨气时，对工艺气中CO含量要求更低，且现有的粗煤气气化制氢制氨工艺也较为繁杂。因此，研究者提出新的思路，通过变换工艺对Shell炉煤气化的粗煤气中的CO进行变换，使同时满足制甲醇、制氢、制氨的要求。
实用新型内容
为了解决CO变换系统复杂、催化剂寿命短、变换后系统工艺单一的技术问题，本实用新型提供一种工艺操作简单、结构可靠、变换效率高、且催化剂寿命延长，运行成本低、且能满足制甲醇、制氨、制氢工艺要求的煤气化的全变换系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种煤气化的全变换系统，其特征在于：所述煤气化的全变换系统包括分离器、饱和塔、脱毒槽、变换炉以及汽包；
所述分离器上设置有入口、顶部出口以及底部出口；所述变换炉和汽包上均设置有壳程入口、壳程出口、管程入口以及管程出口；
所述分离器的顶部出口依次与饱和塔、脱毒槽以及变换炉的壳程入口相连；所述变换炉的管程入口与汽包的管程出口相连；所述变换炉的管程出口与汽包的管程入口相连；所述汽包的壳程出口与变换炉的壳程入口相连；所述汽包的壳程入口与锅炉水管相连。
进一步的，所述煤气化的全变换系统还包括第一换热器以及第二换热器；所述分离器的顶部出口经第二换热器后与饱和塔的入口相连；所述饱和塔的出口经第一换热器与脱毒槽的入口相连；所述变换炉的壳程出口管路上设置有第一换热器和第二换热器。
进一步的，所述煤气化的全变换系统还包括二次变换系统；所述变换炉的壳程出口经第一换热器和第二换热器或经第二换热器与二次变换系统相连；所述二次变换系统包括反应塔以及第三换热器；所述变换炉的壳程出口依次经第一换热器、第二换热器以及第三换热器或依次经第二换热器以及第三换热器后与反应塔的入口相连。
进一步的，上述煤气化的全变换系统还包括蒸汽管路；所述蒸汽管路与变换炉的壳程入口相连。
进一步的，所述饱和塔内从上至下依次设置有液体分布器以及催化剂床层；所述饱和塔塔体上设置入口，所述入口包括气体入口以及有液体入口；所述分离器的出口经第二换热器与饱和塔的气体入口相连。
进一步限定，所述变换炉为螺旋管式变换炉；所述变换炉的壳程中设置有催化剂床层；
进一步，所述催化剂床层是QDB-04催化剂床层或QDB-05催化剂床层。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型提供的煤气化的全变换系统及变换方法，包括分离器、饱和塔、脱毒槽、变换炉以及汽包；所述粗煤气经分离器、饱和塔、脱毒槽后与变换炉的壳程入口相连；变换炉壳程出口至变换后系统。本实用新型中的粗煤气经分离、饱和、脱毒后进入变换炉中发生一次变换，变换后的粗煤气可进入制甲醇工序合成甲醇；或者一次变换的粗煤气继续进入二次变换系统进行二次变换，生成氢气进入制氢或制氨工序。本实用新型工艺简单，变换反应能满足制甲醇、制氢或制氨的工艺要求，实现气化后粗煤气制甲醇、制氢或制氨的全变换，设备结构可靠，催化剂寿命得以延长。
2、本实用新型中饱和塔内的顶部设置有液体分布器；所述饱和塔塔体上设置有与饱和塔内部相连通的气体入口以及有液体入口；所述分离器的出口经第二换热器与饱和塔的气体入口相连；所述饱和塔的液体入口与系统的变换凝液相连。采用这样的设计使得经过饱和塔后粗煤气的汽气比增加，提高变换效率。
3、本实用新型采用的变换炉为螺旋管式变换炉，变换炉的壳程中设置有催化剂床层，且采用的催化剂床层是QDB-04催化剂床层或QDB-05催化剂床层，变换炉管程中通入饱和蒸汽，粗煤气在变换炉壳程中进行变换反应，使得催化剂床层的温度保持在一定范围，保证变换反应的发生；同时选择低水碳的催化剂，能提高粗煤气的变换效率。
附图说明
图1为本实用新型提供的煤气化制甲醇变换系统流程图；
图2为本实用新型提供的煤气化制氢制氨变换系统流程图；
其中：
1—分离器；2—饱和塔；3—脱毒槽；4—变换炉；5—汽包；6—第一换热器；7—第二换热器；8—反应塔；9—第三换热器。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本实用新型做详细的说明。
实施例1
参见图1，本实用新型提供的煤气化的全变换系统及变换方法，包括分离器1、饱和塔1、脱毒槽3、变换炉4、汽包5、第一换热器6以及第二换热器7。
粗煤气与分离器1的入口相连，分离器1的底部出口至系统管网，分离器1的顶部出口经第二换热器6后与饱和塔2的气体入口相连，饱和塔2的液体入口与系统的变换凝液相连向饱和塔中补入液体，以提高粗煤气的汽气比；饱和塔2底部出口至系统管网；饱和塔2顶部出口的经第一换热器6后与脱毒槽3入口相连；脱毒槽3的出口与来自管外饱和蒸汽交汇后进入变换炉4顶部壳程入口；变换炉4底部壳程出口依次经第一换热器6以及第二换热器7后进入变换后系统，变换后系统为制甲醇系统；变换炉4底部的管程入口与汽包5管程出口相连；变换炉4顶部的管程出口与汽包5管程的入口相连；汽包5壳程出口同时与蒸汽管路以及脱毒槽3的出口三者交汇后再与变换炉4的壳程入口相连；汽包5壳程的入口与锅炉水相连。本实用新型工艺简单，通过分离、饱和、变换从而实现粗煤气变换制甲醇的工艺，同时设备结构可靠，运行稳定。
本实用新型中，煤气化的粗煤气为来自Shell气化炉的粗煤气；粗煤气的汽气比为0.15～0.5；粗煤气粗煤气中CO含量为60～80％。
实施例2
参见图2，与实施例1不同的是，变换炉4底部壳程出口依次经第一换热器6以及第二换热器7后进入变换后系统，变换后系统为二次变换系统，进一步对工艺气中的CO气体进行变换反应，得到含量足够多的氢气，进入制氢或制氨系统。具体的，二次变换系统包括反应塔8以及第三换热器9；变换炉4的壳程出口依次经第一换热器6、第二换热器7以及第三换热器9后与反应塔8顶部的入口相连；反应塔8底部的出口经第三换热器9后送至后续系统，后续系统为制氢系统或制氨系统。本工艺中二次变换不需要蒸汽引入，只需在反应塔内催化剂作用下直接变换，将反应气中的CO继续降低，使得二次变换后的工艺气符合制氢或制氨工艺的条件。本实用新型制氢制氨变换工艺操作简单、运行稳定、CO变换效率高。
实施例3
本实用新型提供的饱和塔2内为板式填料塔，饱和塔2内顶部设置有液体分布器；液体分布器下方依次设置填料和塔板；填料和塔板为多组；饱和塔2塔体上设置有与饱和塔内部相连通的气体入口以及有液体入口；分离器1的出口经第二换热器7与饱和塔2的气体入口相连；来自管网系统的变换凝液与饱和塔2的液体入口相连向饱和塔内补入水汽，由于粗煤气中的汽气比较低，不能满足变换工艺的要求，因此粗煤气经分离后进入饱和塔中以提高粗煤气的汽气比满足变换工艺的要求，提高CO的变换速度。
实施例4
本实用新型在变换炉4以及反应塔8内设置催化剂床层，催化剂床层分为上下两层且催化剂床层内填装催化剂，催化剂为低水碳的催化剂，例如QDB-04或QDB-05型催化剂。这样在变换炉4内发生一次变换反应或是反应塔8发生二次变换时，催化剂床层的阻力随着反应时间增加变化不大，系统运行稳定，催化剂活性好，CO的变换效率大大提高，且催化剂的周期从1.5-2年延长至6-7年，有效节省了运行成本。
实施例5～实施例7煤气化制甲醇变换
实施例5
参见图1，来自Shell气化炉单元的粗煤气，压力3.5MPa，温度165℃，其汽气比约0.3 且粗煤气中CO含量为80％，粗煤气进入分离器1中进行煤水分离，再经第二换热器6预热后进入饱和塔2中使得工艺气体的汽气比提高至0.45，从饱和塔2中出来的工艺气体经脱毒槽 3除去工艺气体中含硫的有毒气体；再将工艺气体与来自管外的3.8MPa的蒸汽混合后一并送入变换炉4壳程入口中；变换炉4壳程内，工艺气体与蒸汽混合后在催化剂触媒的作用下发生变化反应CO+H2O＝CO2+H2，变换炉4底部壳程出口的变换气体中CO含量在4％，H2和CO的体积比在2.15，满足制甲醇工艺要求，因此从变换炉4底部壳程出来的工艺气依次经第一换热器6以及第二换热器7后进入制甲醇系统；同时由于变换反应是一个反应放热，变换过程会不断产生热量，变换炉4为螺旋管式，因此产生的热量由变换炉内置水冷管移走一部分，产生的饱和水蒸汽从变换炉顶部的管程出口进入汽包5，再从汽包5的出口送入变换炉4管程入口经水冷管吸热汽化后，最终再进入汽包5进行分离，使得变换反应的热量得以平衡，同时变换炉4内催化剂的床层温度在230℃，在催化剂作用下变换反应加速进行；从汽包5出来的饱和水蒸汽一部分与脱毒槽3出来的工艺气体以及3.8MPa的蒸汽一起补入变换炉4壳程入口，另一部分送出界区。
实施例6
与实施例5不同的是，来自Shell气化炉的粗煤气的汽气比为0.15、CO为70％、压力为 3.2MPa经分离、预热、饱和，从饱和塔2中出来的粗煤气的汽气比为0.3，接着工艺气体与来自管外3.5MPa的蒸汽混合进入变换炉4中，并在280℃的温度下进行变换反应，本实用新型中保证加入的蒸汽压力略大于粗煤气的压力，主要是为了方便蒸汽能较为容易的补入变换炉中，从而降低变换反应的温度，同时补入的蒸汽压力略大是为了防止发生漏点产生较多的水汽，影响变换效率，变换炉4底部壳程出口的变换气体中CO含量在5％，H2和CO的体积比在2.2，从变换炉4底部壳程出来的工艺气依次经第一换热器6以及第二换热器7后进入制甲醇系统。
实施例7
与实施例5不同的是，来自Shell气化炉的粗煤气的汽气比为0.5、CO为60％、压力为 3.8MPa经分离，预热，饱和，从饱和塔2中出来的粗煤气的汽气比为0.8，接着工艺气体与来自管外4.2MPa的蒸汽混合进入变换炉4中，并在330℃的温度下进行变换反应，本实用新型中加入的蒸汽能容易的补入变换炉4中，从而降低变换反应的温度，同时防止发生漏点产生较多的水汽，影响变换效率，催化剂床层的温度低，催化剂的寿命延长。变换炉4底部壳程出口的变换气体中CO含量在3％，H2和CO的体积比为2.05，从变换炉4底部壳程出来的工艺气依次经第一换热器6以及第二换热器7后进入制甲醇系统。
实施例8～实施例10煤气化制氢制氨变换
实施例8
来自Shell气化炉的粗煤气的汽气比为0.15、CO含量为80％、压力为3.2MPa经分离、预热，饱和，从饱和塔2中出来的粗煤气的汽气比为0.4，接着工艺气体与来自管外3.5MPa 的蒸汽混合进入变换炉4中，并在300℃的温度下进行一次变换反应，经一次变换的工艺气中CO含量在5％，从变换炉4底部壳程出来的工艺气经第一换热器6、第二换热器7以及第三换热器9后进入反应塔进行二次变换反应，在反应塔内催化剂的作用下，工艺气发生二次变换反应CO+H2O＝CO2+H2，二次变换后工艺气的CO含量0.38％，从反应塔底部出来的二次变换工艺气经第三换热器后，可作为H2的原料气进入后续制氢系统，整个变换工艺经两次次变换，效率高，系统运行稳定。
实施例9
与实施例8不同的是，来自Shell气化炉粗煤气的汽气比为0.25、CO含量为72％、压力为4.0MPa经分离、预热，饱和，从饱和塔2中出来的粗煤气的汽气比为0.5，接着工艺气体与来自管外4.2MPa的蒸汽混合进入变换炉4中，并在260℃的温度下进行CO一次变换反应，经一次变换后的工艺气中CO含量在4.2％，一次变换工艺气继续进入反应塔8进行二次变换，经二次变换后的工艺气中CO含量0.25％，从反应塔8底部出来的二次变换工艺气经换热后进入后续系统，并作为原料氢气与来自系统的氮气合成氨气。
实施例10
参见图2，来自Shell气化炉粗煤气的汽气比为0.45、CO含量为65％、压力为3.5MPa经分离、预热，饱和，从饱和塔2中出来的粗煤气的汽气比为0.8，接着工艺气体与来自管外3.8MPa的蒸汽混合进入变换炉4中，并在230℃的温度下进行一次变换反应，经一次变换后的工艺气中CO含量在3％，一次变换气继续进入反应塔8进行二次变换反应，经二次变换后工艺气中CO含量0.15％，从反应塔8底部出来的二次变换工艺气经第三换热器9后进入后续制氨系统，作为H2的原料气与氮气合成氨气。
Claims (7)
1.一种煤气化的全变换系统，其特征在于：所述煤气化的全变换系统包括分离器(1)、饱和塔(2)、脱毒槽(3)、变换炉(4)以及汽包(5)；
所述分离器(1)上设置有入口、顶部出口以及底部出口；所述变换炉(4)和汽包(5)上均设置有壳程入口、壳程出口、管程入口以及管程出口；
所述分离器(1)的顶部出口依次与饱和塔(2)、脱毒槽(3)以及变换炉(4)的壳程入口相连；所述变换炉(4)的管程入口与汽包(5)的管程出口相连；所述变换炉(4)的管程出口与汽包(5)的管程入口相连；所述汽包(5)的壳程出口与变换炉(4)的壳程入口相连；所述汽包(5)的壳程入口与锅炉水管相连。
2.根据权利要求1所述的煤气化的全变换系统，其特征在于：所述煤气化的全变换系统还包括第一换热器(6)以及第二换热器(7)；所述分离器(1)的顶部出口经第二换热器(7)后与饱和塔(2)的入口相连；所述饱和塔(2)的出口经第一换热器(6)与脱毒槽(3)的入口相连；所述变换炉(4)的壳程出口管路上设置有第一换热器(6)和第二换热器(7)。
3.根据权利要求2所述的煤气化的全变换系统，其特征在于：所述煤气化的全变换系统还包括二次变换系统；所述变换炉(4)的壳程出口经第一换热器(6)和第二换热器(7)或经第二换热器(7)与二次变换系统相连；所述二次变换系统包括反应塔(8)以及第三换热器(9)；所述变换炉(4)的壳程出口依次经第一换热器(6)、第二换热器(7)以及第三换热器(9)或依次经第二换热器(7)以及第三换热器(9)后与反应塔(8)的入口相连。
4.根据权利要求3所述的煤气化的全变换系统，其特征在于：所述煤气化的全变换系统还包括蒸汽管路；所述蒸汽管路与变换炉(4)的壳程入口相连。
5.根据权利要求4所述的煤气化的全变换系统，其特征在于：所述饱和塔(2)内从上至下依次设置有液体分布器以及催化剂床层；所述饱和塔(2)塔体上设置入口，所述入口包括气体入口以及有液体入口；所述分离器(1)的出口经第二换热器(7)与饱和塔(2)的气体入口相连。
6.根据权利要求5所述的煤气化的全变换系统，其特征在于：所述变换炉(4)为螺旋管式变换炉；所述变换炉(4)的壳程中设置有催化剂床层。
7.根据权利要求6所述的煤气化的全变换系统，其特征在于：所述催化剂床层是QDB-04催化剂床层或QDB-05催化剂床层。
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| CN201921426935.0U CN211169844U (zh) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | 煤气化的全变换系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110357035A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-10-22 | 陕西聚能新创煤化科技有限公司 | 煤气化的全变换系统及变换方法 |
| CN113968572A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-25 | 福州大学 | 一种高炉和转炉煤气混合气脱氧制氢系统及工艺 |
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