一种垃圾生物质燃气的增氢方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及生物质燃气增氢领域，特别涉及一种垃圾生物质燃气的增氢方法及其装置。垃圾生物质燃气的增氢方法，包括以下步骤：将垃圾生物质制得的燃气与饱和蒸汽混合，得到饱和燃气；饱和燃气中的CO和H2O反应，生成H2和CO2，得到增氢的燃气；增氢的燃气降温后排出即为甲烷化的原料气。增氢方法的装置包括混合器、增氢炉、除氧水预热器、汽包。该增氢方法是将垃圾生物质制得的燃气与饱和蒸汽混合得到饱和燃气，饱和燃气中的一氧化碳与饱和蒸汽中的水反应，生成氢气和二氧化碳，来增加燃气中的氢气含量，增氢的燃气降温后即可作为甲烷化的原料气。该方法简单，成本低，无废气产生，安全无污染。该设备简单易行，极大的降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种垃圾生物质燃气的增氢方法及其装置
本专利技术涉及生物质燃气增氢(H2)领域，具体而言，涉及一种垃圾生物质燃气的增氢方法及其装置。
技术介绍
生活垃圾、秸秆、枝桠柴等统称为垃圾生物质。垃圾生物质通过卧式气化炉可制得热值约5000kcal/m3的燃气，该燃气含CO2约22％，脱去CO2后燃气热值约6200kcal/m3。国家标准规定天然气热值应＞7500kcal/m3。热值6200kcal/m3的燃气不能并入城市天然气管网，也不能供加气站给汽车加气。这就需要采用甲烷化将其燃气热值提高到＞7500kcal/m3。甲烷化工艺要求原料气组分中的H2：CO比为3:1，但生物质燃气经脱氧工序，燃气中的O与H2生成H2O排出，燃气中基本不含H2或者H2极少，CO含量却高达40％，所以必须增H2，否则无法甲烷化。增H2的原理是：向燃气中加入水蒸气，在设定压力、温度及催化剂条件下发生CO+H2O→H2+CO2变换反应，使燃气组分中的CO减少，H2增加。这种增H2技术也叫CO变换技术。现有变换技术有：煤制天然气变换技术、煤制甲醇变换技术、合成氨变换技术等，其设备投资都很大，其中：(1)煤制天然气变换及其甲烷化，是要将煤气中的部分CO变换成H2，使H2：CO比达3：1，然后在甲烷化合成塔中进行如下反应：3H2+CO→CH4+H2O，经干燥将H2O排掉，煤制天然气CH4含量达94-96％。我国已批准建设的煤制天然气项目，变换及其甲烷化部分的投资没有低于100亿元的，其中变换增H2部分的投资约占40％。我国煤制天然气变换及其甲烷化为引进技术，共3种：①英国戴维甲烷化技术(CRG)、②丹麦托普索甲烷化技术(TREMPTM)、③德国齐鲁甲烷化技术(Lurgi)。国内设计院只能在引进工艺包基础上进行工程化，不能改变其工艺包参数。(2)合成氨项目吨/氨投资视原料不同(煤、天然气、焦炉煤气)，通常为0.3万元-0.4万元/吨氨，年产30万t合成氨项目，投资10亿元左右，其中变换技术设备的投资占很大比例。合成氨的变换属于深度变换，因为CO对合成氨催化剂有毒害作用，所以，要求合成气中CO和CO2体积分数小于10×10-6，其中，出变换炉的变换气CO体积分数应＜0.4％，这不能少于三级变换，1套变换增H2设备约28台，所以投资很大。(3)煤制甲醇项目规模，通常不小于年产甲醇20万t，投资不小于8-9亿元，其核心是变换及其甲烷化设备(国家发改委文件规定年产小于100万t甲醇的项目不批)。以上现有变换技术的设备投资很大，不适用于垃圾生物质制燃气项目，因此，现有变换技术无法套用到垃圾生物质制燃气项目上。我国区县城区日产出生活垃圾通常≤300t/d，这种规模的垃圾制气项目总投资约1500万元，其变换增H2及其甲烷化设备工程应＜400万元，其中，增H2设备工程应＜150万元。若投资过大，项目财务内部收益率(IRR)和财务净现值(NPV)不可行。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
针对现有煤制天然气变换技术、煤制甲醇变换技术、合成氨变换技术，反应热不是在一个内循环系统中循环，而是输送至锅炉生产过热蒸汽，过热蒸汽输送至蒸汽轮机发电，流程复杂，投资大；本专利技术提供了一种垃圾生物质燃气的增氢方法，该方法是将垃圾生物质制得的燃气，置于一个内循环系统中实现增H2，流程简单，投资大大缩减。本专利技术还提供了一种实施所述的垃圾生物质燃气的增H2方法的装置，该装置具有如下特点：流程简单，投资小。按气化垃圾300t/d(12.5t/h)，产出热值＞7500kcal/Nm3生物质燃气1250Nm3/h，增H2及其甲烷化设备≤50吨，其中增H2设备≤20吨，非常经济。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种垃圾生物质燃气的增氢方法，包括以下步骤：(a)、将垃圾生物质制得的燃气与饱和蒸汽混合，得到饱和燃气；(b)、所述饱和燃气中的CO和H2O反应，生成H2和CO2，得到增氢的燃气；(c)、将所述增氢的燃气降温后排出即为甲烷化的原料气。本专利技术提供的一种垃圾生物质燃气的增氢方法，是将垃圾生物质制得的燃气与饱和蒸汽混合得到饱和燃气，饱和燃气中的CO与H2O反应生成H2与CO2，来增加燃气中的氢气含量，得到的增氢的燃气降温后即可作为甲烷化的原料气。该方法简单，成本低，无废气产生，安全无污染。优选地，步骤(a)中饱和蒸汽的能量来源于步骤(b)反应所释放的热量。通过热量回收，节约能源。为了进一步回收热量，优选地，步骤(a)中饱和蒸汽的能量还来源于步骤(c)中增氢的燃气降温释放的热量。进一步地，释放的热量通过气液交换进行回收，液体得到的热量用于生产饱和蒸汽；所述液体优选为除氧水；生产饱和蒸汽的水为脱盐水。经验证，本专利技术回收步骤(b)和步骤(c)的热量而形成循环，其中，步骤(b)在增H2炉内发生CO+H2O→H2+CO2反应，此为放热反应，反应热通过增H2炉内列管中的除氧水吸收转移至汽包，用于生产饱和蒸汽；另外，步骤(c)中的增氢的燃气降温产生的热量也经除氧水转移至汽包。汽包产生的饱和蒸汽与燃气混合，使燃气成为含有大量水蒸气的饱和燃气并送增H2炉进行增H2反应，反应热如上循环往复。该内循环系统无需外来热能，也不对外输出热能，靠系统自身反应热进行循环完成增H2。很好的解决了现有煤制天然气变换技术、煤制甲醇变换技术、合成氨变换技术中，反应热不是在一个内循环系统中循环，而是输送至锅炉生产过热蒸汽，过热蒸汽输送至蒸汽轮机发电，流程复杂，投资大的缺陷。为了使燃气中的CO与H2O发生充分的反应，优选地，在步骤(a)中，所述燃气与所述饱和蒸汽的体积比为1:0.2-0.6。优选地，在步骤(b)中，CO和H2O反应的压力小于3.65MPa，优选为2.0-2.5MPa。现有煤制天然气变换、煤制甲醇变换、合成氨变换的压力，同一变换工程既有高压(＞6.0MPa)，也有中压(3.0-4.0MPa)和低压(＜2.0MPa)。本专利技术中增H2系统的工作压力只能＜3.65MPa，不能≥3.65MPa。这既是工艺所必须，又使流程简单化。工艺所必须是指：卧式气化炉产出的垃圾生物质燃气含C2-C4烷烃约14％，该烷烃的临界压力与临界温度如表1所示。表1不同烷烃的临界压力与临界温度C2：如:乙烷C2H6C3：如:丙烷C3H8C4：如:异丁烷C4H10临界压力4.87MPa4.25MPa3.65MPa临界温度32.2℃96.8℃135℃由表1可知，温度＜32.2℃、压力≥4.87MPa时，乙烷将变成液体排掉；温度＜96.8℃、压力≥4.25MPa时，丙烷将变成液体排掉；温度＜135℃、压力≥3.65MPa时异丁烷将变成液体排掉，而增H2炉排出的变换气经除氧水预热器换热后，温度可＜C2-C4烷烃的临界温度，如果系统内压力≥3.65MPa，异丁烷将变为液体排掉，如果系统内压力≥4.87MPa，包括乙烷在内的所有C2-C4烷烃，会全部变为液体排掉。生物质燃气中14％的烷烃的热值约3000kcal/Nm3，绝不能让其损失掉。所以，本专利技术增H2系统工作压力必须＜3.65MPa，更优选为2.0-2.5MPa。现有煤制天然气变换、煤制甲醇变换、合成氨变换的燃气组分中无C2-C4烷烃，变换压力可不受3.65MPa限制，操作流程也因此而复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垃圾生物质燃气的增氢方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)、将垃圾生物质制得的燃气与饱和蒸汽混合，得到饱和燃气；(b)、所述饱和燃气中的CO和H2O反应，生成H2和CO2，得到增氢的燃气；(c)、将所述增氢的燃气降温后排出即为甲烷化的原料气。

【技术特征摘要】
1.一种垃圾生物质燃气的增氢方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)、将垃圾生物质制得的燃气与饱和蒸汽按体积比1：0.2-0.6混合，得到饱和燃气；(b)、所述饱和燃气中的CO和H2O反应，生成H2和CO2，得到增氢的燃气；(c)、将所述增氢的燃气降温后排出即为甲烷化的原料气；所述垃圾生物质制得的燃气为卧式气化炉产出的垃圾生物质燃气；步骤(b)反应所释放的热量和步骤(c)中增氢的燃气降温释放的热量用于生产饱和蒸汽，形成的内循环系统无需外来热能，也不对外输出热能，靠系统自身反应热进行循环完成增H2；释放的热量通过气液交换进行回收，液体得到的热量用于生产饱和蒸汽；所述液体为除氧水；生产饱和蒸汽的水为脱盐水；在步骤(b)中，CO和H2O反应的压力为2.0-2.5Mpa。2.根据权利要求1所述的增氢方法，其特征在于，在步骤(b)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：史金麟，史惠元，施俊鹏，
申请(专利权)人：唐山信德燃气化工程有限公司，史惠元，史金麟，
类型：发明
国别省市：河北;13