用垃圾热解气制取LNG的方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种用垃圾热解气制取LNG的方法，包括步骤：1)垃圾筛分和破碎；2)垃圾热解：将垃圾快速加热到800℃～900℃并热解，3)垃圾热解气净化：出压缩机的垃圾热解气，进入洗涤塔底部，与碱液逆流接触，脱除HCl气体；4)甲烷化：通过装有镍催化剂的反应器而生成甲烷；5)干燥和脱汞；6)液化：出干燥单元的甲烷气体进入液化单元，用混合制冷剂液化甲烷，液相部分进行低温精馏，塔釜获得LNG产品。本发明专利技术提出的方法，操作简单，甲烷损失量小，制得的气体满足LNG对原料气的气质指标要求。通过组合垃圾热解技术、甲烷化技术和热能回收技术，实现垃圾固废处理，避免了二噁英和二次污染，实现热能资源的综合利用。

【技术实现步骤摘要】
用垃圾热解气制取LNG的方法和系统
本专利技术属于燃料领域，具体涉及一种通过垃圾热解制备液态烃混合物的方法及其系统。
技术介绍
资源与环境是21世纪的两大主题，城市生活垃圾处理是这两大主题中的重要课题。随着人们环境资源意识的增强，各国政府对垃圾处理技术标准的提高，传统的垃圾处理主要方法填埋、堆肥、焚烧三种技术日益显示出其缺陷，如垃圾填埋占用大片土地，堆肥法处理量小、效率低，焚烧法容易产生二次污染，特别是二噁英的污染问题，使其在工业应用方面受到阻碍。而垃圾流化床热解气化过程是在无氧气氛下进行，使有垃圾产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体和固体，从原理上减少了二噁英的生成，同时大部分的重金属在热解气化过程中溶入灰渣，减少了排放量。垃圾流化床热解气中CH4约占30％(体积含量)左右，H2约占31.2％左右(体积含量)，CO约占8.8％(体积含量)左右，CO2(体积含量)约占18％(体积含量)左右，H2S约占2％(体积含量)左右，O2约占1％(体积含量)左右，CnHm约占6％(体积含量)，N2约占2％左右(体积含量)，其余为少量的HCl和水蒸汽。由于热解气中含有大量甲烷、一氧化碳和氢气，可以用来发电，或者作为合成氨、合成石油、氢气制造的原料。无论是用来发电，还是合成氨、合成石油、氢气的原料，系统复杂，装置规模较大，投资大、运行费用高。垃圾热解气中的氢碳比在3.5左右，满足甲烷化的要求，不需要经过变换反应调节氢碳比，只需将垃圾热解气中的硫化氢、CnHm、HCl、O2、N2和CO2脱除后，将垃圾热解气中的CO和氢气转化为甲烷后，经过脱H2O和Hg后制LNG(liquefiednaturalgas，液化天然气)。中国专利申请号201310146395.1公开了一种生活垃圾热解气净化方法。将生活垃圾采用全气化工艺，热裂解成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、氮气和惰性气体氩气的混合的可燃气体，并将此混合的可燃性气体流，经净化分离后用于同时合成甲醇和/或二甲醚、发电和合成尿素。实现生活垃圾资源化，而且能做到零排放。该技术方案特别关注了采用全气化工艺将生活垃圾全部气化为可燃气体，焦炭与水蒸气反应转化为可燃性气体，并将此混合的可燃性气体流。经净化分离后用于同时合成甲醇和/或二甲醚、发电和合成尿素。然而该方法的缺点是垃圾热解反应的热量需要消耗掉热解生成的一部分燃气，虽然是全气化工艺仍有部分炉渣产生，造成二次污染。中国专利201210282640.7公开了一种垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，生活垃圾经过破碎、干燥、挤压造粒制成垃圾颗粒；垃圾颗粒在热解炉内热解生成粗煤气，粗煤气经降温、除尘、除焦油、脱硫脱酸和脱除二噁英后洁净的燃气进行直燃发电。该专利提出了垃圾热解煤气净化后进行燃气发电的工艺。然而该方法的缺点是虽然有脱除二噁英的净化工艺，但仍会产生二噁英；同时该工艺有热解油生成，需要进行处理和操作。
技术实现思路
针对本领域存在的问题，本专利技术的目的是提出一种用垃圾热解气制取LNG的方法。本专利技术的另一目的是提出一种用垃圾热解气制取LNG的系统。实现本专利技术目的的技术方案为：一种用垃圾热解气制取LNG的方法，包括步骤：1)垃圾筛分和破碎：将城市生活垃圾进行分类筛选，将筛选后的可热解物质剪切和破碎到3～5mm粒径；2)垃圾热解：将破碎后的城市生活垃圾快速加热到800℃～900℃并迅速热解，以蒸汽作为流化介质、加入固体热载体进行流态化燃烧，回收产生的垃圾热解气的热能用于产生蒸汽；热解产生的半焦和固体热载体进入燃烧装置通入助燃剂将半焦燃烧，固体热载体被加热到900～1100℃；3)垃圾热解气净化：对步骤2)回收热能后的垃圾热解气进行洗涤，脱除其中的HCl气体；脱除所述垃圾热解气中的重烃、H2S、COS(羰基硫)和CO2，再对所得垃圾热解气进行脱氧；4)甲烷化：将步骤3)脱氧后的垃圾热解气进行甲烷化反应，反应产生的热量用于产蒸汽，反应的温度通过甲烷化工艺回路调节；5)干燥和脱汞：甲烷化后的气体进行干燥和脱汞；6)液化：采用混合制冷剂液化甲烷、冷却、气液分离、精馏、获得LNG产品。步骤1)中，是将调湿的垃圾经过刮板冲击由不同的筛网筛出，将玻璃陶土和厨余分离出来，并分离出塑料和全部的金属，以及6纸张来；将筛选后的可热解物质经剪切和滚压破碎到3～5mm粒径。本专利技术中用于热解垃圾的包括：有机质(厨余、纸张、纤维)、塑料、水分、无机物、金属。所述步骤2)中以河砂、石英砂或者氧化铝小球为固体热载体。助燃剂为空气。其中，所述步骤2)中作为流化介质的蒸汽来自于甲烷化产生的蒸汽；垃圾热解产生的热解气体经过除尘后，进入余热锅炉回收其热能产生蒸汽。其中，所述步骤3)中用碱液进行洗涤，所述碱液是30％氢氧化钠溶液、石灰乳或者氨水中的一种或多种；步骤3)中采用低温甲醇洗脱工艺和/或醇胺法脱除垃圾热解气中的H2S、COS和CO2，所述低温甲醇洗脱工艺中使用的甲醇失效后经再生塔再生，循环使用；再生需要的供热来自步骤2)中的垃圾热解气产生的蒸汽。所述步骤3)中，脱氧反应器内可采用活性氧化铝镀钯催化剂，去除气体中氧杂质和烃类杂质的高活性催化剂,活性氧化铝镀钯催化剂无须再生,操作简便安全,使用寿命长。进一步优选地，进入脱氧反应器之前垃圾热解气先用压缩机增压到3.5MPa。其中，所述步骤3)中重烃脱除在两个装有分子筛(MS)、硅胶(SG)和活性炭(AC)的吸附塔中完成，运行时，一个塔处于吸附状态，另一个塔处于再生待用状态。热解气自上而下依次通过吸附床层，重烃被吸附脱除。在吸附床中重烃组份达到饱和前，吸附床由吸附状态切换到再生(解吸)状态。原料气进入另一已经完成再生的床层。饱和床通过再生循环解吸出重烃，再生过程包括加热和冷吹两个步骤。进一步地，所述热解气经净化之后，分析所得气体中H2/CO比值，当H2/CO比值为1.0-3.2(不满足H2/CO比值3.5)，则需要将部分热解气与水蒸汽一起进入混合器混合，然后进入热交换器和变换炉进行CO变换后再进行步骤4)的甲烷化，CO变换条件为：反应温度340℃,干气空速范围为500～700h-1,汽气比范围为0.35～0.7(水蒸汽和热解气比值)，用出变换炉的变换气以及余热锅炉产生的蒸汽为入口垃圾热解气换热升温；然后再经水冷器，温度降至35-42℃，进入气液分离器。经过CO变换后气体中H2/CO要达到3.2-3.6，再去甲烷化。根据这个目标计算与水蒸汽一起混合的热解气占全部热解气比例。其中，垃圾热解气出口温度由130℃升至300-360℃；变换气由400-350℃降至150-180℃。然后经水冷器，温度降至40℃左右，然后进入气液分离器。所述步骤4)中，甲烷化的具体工艺条件如下：在装有镍催化剂的反应器而生成甲烷，将甲烷化生成的气体循环到甲烷化反应器入口，通过稀释原料气来降低反应的热量，反应气进口的温度为300～400℃，反应压力为3.2～3.8MPa，反应产生的热量用于产蒸汽。甲烷化单元生成的气体中含有H2O和Hg等杂质，H2O会在低温下冻结而堵塞管道，Hg的存在会严重腐蚀液化冷箱中的铝制换热设备。当Hg(包括单质汞、汞离子及有机汞化合物)存在时，铝会与水反应生成白色粉末状的腐蚀产物，严重破坏铝的性质。极微量的Hg含量足以给铝制设备带来严重的破本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用垃圾热解气制取LNG的方法，其特征在于，包括步骤：1)垃圾筛分和破碎：将城市生活垃圾进行分类筛选，将筛选后的可热解物质剪切和破碎到3～5mm粒径；2)垃圾热解：将破碎后的城市生活垃圾快速加热到800℃～900℃并迅速热解，以蒸汽作为流化介质、加入固体热载体进行流态化燃烧，回收产生的垃圾热解气的热能用于产生蒸汽；热解产生的半焦和固体热载体进入燃烧装置通入助燃剂将半焦燃烧，固体热载体被加热到900～1100℃；3)垃圾热解气净化：对步骤2)回收热能后的垃圾热解气进行洗涤，脱除其中的HCl气体；脱除所述垃圾热解气中的重烃、H2S、COS和CO2，再对所得垃圾热解气进行脱氧；4)甲烷化：将步骤3)脱氧后的垃圾热解气进行甲烷化反应，反应产生的热量用于产蒸汽，反应的温度通过甲烷化工艺回路调节；5)干燥和脱汞：甲烷化后的气体进行干燥和脱汞；6)液化：采用混合制冷剂液化甲烷、冷却、气液分离、精馏、获得LNG产品。

【技术特征摘要】
1.一种用垃圾热解气制取LNG的方法，其特征在于，包括步骤：1)垃圾筛分和破碎：将城市生活垃圾进行分类筛选，将筛选后的可热解物质剪切和破碎到3～5mm粒径；2)垃圾热解：将破碎后的城市生活垃圾快速加热到800℃～900℃并迅速热解，以蒸汽作为流化介质、加入固体热载体进行流态化燃烧，作为流化介质的蒸汽来自于甲烷化产生的蒸汽；垃圾热解产生的热解气体经过除尘后，进入余热锅炉回收其热能产生蒸汽；热解产生的半焦和固体热载体进入燃烧装置通入助燃剂将半焦燃烧，固体热载体被加热到900～1100℃；3)垃圾热解气净化：对步骤2)回收热能后的垃圾热解气进行洗涤，脱除其中的HCl气体；脱除所述垃圾热解气中的重烃、H2S、COS和CO2，再对所得垃圾热解气进行脱氧；所述热解气经净化之后，分析所得气体中H2/CO比值，当H2/CO比值为1.0～3.2，则需要将部分热解气与水蒸汽混合，然后进入热交换器和变换炉进行CO变换后再进行步骤4)的甲烷化，CO变换条件为：反应温度340℃,干气空速范围为500～700h-1,汽气比范围为0.35～0.7，用出变换炉的变换气以及来自步骤2)中的垃圾热解气产生的蒸汽为入口垃圾热解气换热升温；4)甲烷化：将步骤3)脱氧后的垃圾热解气进行甲烷化反应，反应产生的热量用于产蒸汽，反应的温度通过甲烷化工艺回路调节；5)干燥和脱汞：甲烷化后的气体进行干燥和脱汞，用浸硫活性炭脱汞和分子筛吸附剂吸收水；6)液化：采用混合制冷剂液化甲烷、冷却、气液分离、精馏、获得LNG产品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中用碱液进行洗涤，所述碱液是30％氢氧化钠溶液、石灰乳或者氨水中的一种或多种；步骤3)中采用低温甲醇洗脱工艺和/或醇胺法脱除垃圾热解气中的H2S、COS和CO2，所述低温甲醇洗脱工艺中使用的甲醇失效后经再生塔再生，循环使用；再生需要的供热来自步骤2)中的垃圾热解气产生的蒸汽。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：史雪君，余海鹏，闫琛洋，车中山，杜少春，吴道洪，
申请(专利权)人：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11