秸秆气化制备天然气的方法技术

本发明专利技术涉及到一种秸秆气化制备天然气的方法，其特征在于包括下述步骤：来自生物质气化反应的粗合成气首先进入装有活性炭基脱硫剂的脱焦油塔，脱除合成气中焦油组分后进入缓冲罐缓存，然后压缩增压后送至变换反应器进行耐硫变换反应，得到的变换气进入COS水解塔内，将合成气中的COS水解成H2S和CO2；脱除COS的变换气换热后进入H2S吸收塔内，与NHD贫液逆流接触，洗涤出变换气中的CO2和H2S；进入脱硫槽内进行精脱硫，然后进入甲烷化反应器，得到粗天然气；粗天然气换热后进入CO2吸收塔内脱碳，脱碳后的天然气从CO2吸收塔顶部排出，回收余热后压缩成天然气成品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到生物质气化合成气的净化方法，具体指一种秸秆气化制备天然气的方法。
技术介绍
天然气是一种洁净能源，被广泛用于发电、化工、城市燃气、汽车燃料等行业。我国的农作物秸秆年产量7亿吨左右，但仅有不到50％的秸秆被利用，其余大量的农作物秸秆在田间地头被直接焚烧，既浪费了资源，又会产生大量烟雾，影响周边交通、污染环境等。利用秸秆气化制备天然气，进而成为城市燃气，将秸秆综合利用变废为宝，既符合环保要求，又响应政府要求，应用前景十分可观。农作物秸秆等生物质能量密度低、空间分布分散、生长周期长，这些决定了秸秆气化制天然气装置以中小型为主，一般年天然气产量在5000万标方以下。此外，生物质气化产生的粗合成气除了主要成分H2、CO、CO2、CH4外，均含有焦油、焦炭和飞灰、硫化物、卤素等其他的微量污染物，其中的焦油和烯烃类组成在温度较低时容易凝结为液滴，容易在管道设备内累积导致堵塞；硫化物等也会导致甲烷化催化剂中毒。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种流程短、投资低、运行稳定的秸秆气化制备天然气的方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：该秸秆气化制备天然气的方法，其特征在于包括下述步骤：来自生物质气化反应的粗合成气首先进入装有活性炭基脱硫剂的脱焦油塔，脱除合成气中焦油组分，控制脱油单元出口粗合成气中焦油含量<0.1ppmv；脱油后的粗合成气进入缓冲罐缓存，然后由螺杆压缩机增压至1.3～1.5MPaG后送至变换反应器进行耐硫变换反应，控制变换反应器入口物料的水汽比为0.3～0.5，变换反应温度230～450℃，反应压力1.2～1.5MPaG，将其中的CO转变为氢气，控制变换反应器出口CO含量为5～7v％；得到的变换气进入装有水解催化剂的COS水解塔内，将合成气中的COS水解成H2S和CO2；控制COS水解塔内反应温度控制在155～165℃，COS水解塔出口变换气中COS<5ppmv；脱除COS的变换气换热至30～50℃后从下部进入H2S吸收塔内，与自上而下流动的NHD贫液逆流接触，洗涤出变换气中的CO2和H2S；控制H2S吸收塔操作温度30～50℃，操作压力1.0～1.4MPaG，H2S吸收塔出口变换气中H2S含量<10ppmv；粗脱硫后的变换气换热至280～300℃后进入脱硫槽内进行精脱硫；所述脱硫槽内填充有干法脱硫剂；控制脱硫槽内反应温度为260～280℃，压力为1.0～1.3MPaG，脱硫槽出口变换气中(H2S+COS)含量<0.1ppmv；精脱硫后的变换气进入甲烷化反应器，在甲烷化催化剂的作用下，催化变换气中的CO、CO2与H2发生反应生成CH4，得到粗天然气；控制甲烷化反应器内反应温度为300～550℃、反应压力为1.0～1.3MPaG；得到的粗天然气换热至8～12℃后从下部进入CO2吸收塔内脱碳，与自上而下的NHD贫液逆流接触，控制CO2吸收塔操作温度-2～2℃，操作压力0.8～1.0MPaG，出口天然气中CO2含量<0.1v％，水含量<0.005v％；脱碳后的天然气从CO2吸收塔顶部排出，回收余热后压缩成天然气成品。较好的，所述H2S吸收塔底部排出的富H2S的NHD液首先进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸出的气相返回所述H2S吸收塔，以回收有效气；液相换热至90～110℃后从上述送入脱硫再生塔内加热再生；再生后的NHD贫液加压、换热后返回所述H2S吸收塔，产生的H2S酸性气从脱硫再生塔顶部送至硫回收装置。所述CO2吸收塔底部排出的富CO2的NHD液进入闪蒸塔内此次进行低压闪蒸和高压闪蒸；得到的低压闪蒸气送至下游；得到的高压闪蒸气返回所述CO2吸收塔；得到的液相从上部进入脱碳再生塔内加热再生；生成的CO2放空，再生后的NHD贫液换热至-20～-10℃后返回所述CO2吸收塔。为有效回收利用装置内热量，所述变换反应器出口得到的变换气可以首先进入粗合成气预热器回收变换气中热量并对粗合成气预热后，在蒸汽发生器中生成0.4～0.5MPaG的低压蒸汽，然后进入所述COS水解塔内。来自H2S吸收塔的顶部出口的粗变换气可以首先进入第一换热器内与来自所述COS水解塔的出口变换气换热，然后进入第二换热器内与来自甲烷化反应器的粗天然气换热，然后进入所述脱硫槽内进行精脱硫；出第二换热器的粗天然气与来自CO2吸收塔的天然气在第三换热器内换热后进入CO2吸收塔内脱碳。较好的，所述脱硫槽可以设置有两个，一开一备，切换使用；所述脱焦油塔可以有两个，一开一备，切换使用。与现有技术相比，本专利技术所提供的秸秆气化制备天然气的方法流程短、投资低、运行稳定，且充分结合各单元冷热情况，合理配置，有效利用能量，避免系统流程冷热交替；能够脱除生物质气化的粗合成气中的焦油、COS、H2S、CO2等污染物，合成气经甲烷化反应得到满足SY/T5922-2012《天然气管道运行规范》要求的合格天然气产品。本专利技术尤其适合配套用于秸秆气化装置，对秸秆气化制SNG技术的推广有很大的促进意义。附图说明图1为本专利技术实施例流程图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示，以生物质秸秆为原料制得约4500Nm3/h的天然气装置为例说明。按常规方法，以秸秆作为原料在生物质气化装置中制备粗合成气；得到15000Nm3/h、温度40℃、压力0.05MPaG的粗合成气，粗合成气的组成(V％)：H2：31％、CO：21％、CO2：23％、CH4：12％、C2+：6％、H2O：5％、总硫(H2S+COS)：～1800mg/Nm3、焦油：～12mg/Nm3、NH3：～4ppmv。将粗合成气送至装有活性炭基脱硫剂的脱焦油塔1内，脱除合成气中焦油组分至<0.1ppmv。本实施例中脱焦油塔有两个，一开一备，切换使用。脱焦油后的粗合成气首先进入缓冲罐2缓存，以防止生物质气化装置操作波动对下游的影响；然后进入螺杆压缩机增压至1.4MPaG后，补入蒸汽，一起进入粗合成气预热器16中，与来自变换反应器4的变换气换热，回收变换气中热量并对粗合成气预热，然后进入变换反应器4内进行CO变换反应。控制进入变换反应器4内的粗合成气的水/汽比为0.3；粗合成气在变换反应器发生变换反应，将其中的CO转变为氢气；控制变换反应器中反应温度为550℃，反应压力为1.3MPaG，反应器出口变换气中CO为6v％。出粗合成气预热器16中的变换气进入蒸汽发生器17中，生成2.0～2.2t/h的0.4～0.5MPaG的低压蒸汽，然后进入气液分离器23分离出液相后，气相进入COS水解塔5。COS水解塔5内填充有水解催化剂，将合成气中的COS水解成H2S和CO2；控制COS水解塔5内反应温度为160℃，COS水解塔5出口变换气中COS<5ppmv。水解催化剂可根据需要选用现有技术中的任意一种，本实施例采用氧化锌脱硫剂，可在常温～400℃下实现脱硫。出COS水解塔5的脱COS变换气依次进入第一换热器19加热来自H2S吸收塔6的顶部出口的脱硫气、进入第一水冷器24内与冷却水换热，冷却至40℃后从下部进入H2S吸收塔6进行粗脱硫。在H2S吸收塔6内，脱COS变换气与自上而下流动的NHD贫液逆流接触，洗涤出变换气本文档来自技高网...

【技术保护点】
秸秆气化制备天然气的方法，其特征在于包括下述步骤：来自生物质气化反应的粗合成气首先进入装有活性炭基脱硫剂的脱焦油塔(1)，脱除合成气中焦油组分，控制脱油单元出口粗合成气中焦油含量<0.1ppmv；脱油后的粗合成气进入缓冲罐(2)缓存，然后由螺杆压缩机(3)增压至1.3～1.5MPaG后送至变换反应器(4)进行耐硫变换反应，控制变换反应器(4)入口物料的水汽比为0.3～0.5，变换反应温度230～450℃，反应压力1.2～1.5MPaG，将其中的CO转变为氢气，控制变换反应器(4)出口CO含量为5～7v％；得到的变换气进入装有水解催化剂的COS水解塔(5)内，将合成气中的COS水解成H2S和CO2；控制COS水解塔(5)内反应温度控制在155～165℃，COS水解塔(5)出口变换气中COS<5ppmv；脱除COS的变换气换热至30～50℃后从下部进入H2S吸收塔(6)内，与自上而下流动的NHD贫液逆流接触，洗涤出变换气中的CO2和H2S；控制H2S吸收塔(6)操作温度30～50℃，操作压力1.0～1.4MPaG，H2S吸收塔(6)出口变换气中H2S含量<10ppmv；粗脱硫后的变换气换热至260～280°后进入脱硫槽(8)内进行精脱硫；所述脱硫槽(8)内填充有干法脱硫剂；控制脱硫槽(8)内反应温度为260～280℃，压力为1.0～1.3MPaG，脱硫槽出口变换气中(H2S+COS)含量<0.1ppmv；精脱硫后的变换气进入甲烷化反应器(9)，在甲烷化催化剂的作用下，催化变换气中的CO、CO2与H2发生反应生成CH4，得到粗天然气；控制甲烷化反应器(9)内反应温度为300～550℃、反应压力为1.0～1.3MPaG；得到的粗天然气换热至8～12℃后从下部进入CO2吸收塔(7)内脱碳，与自上而下的NHD贫液逆流接触，控制CO2吸收塔操作温度‑2～2℃，操作压力0.8～1.0MPaG，出口天然气中CO2含量<0.1v％，水含量<0.005v％；脱碳后的天然气从CO2吸收塔(7)顶部排出，回收余热后压缩成天然气成品。...

【技术特征摘要】
1.秸秆气化制备天然气的方法，其特征在于包括下述步骤：来自生物质气化反应的粗合成气首先进入装有活性炭基脱硫剂的脱焦油塔(1)，脱除合成气中焦油组分，控制脱油单元出口粗合成气中焦油含量<0.1ppmv；脱油后的粗合成气进入缓冲罐(2)缓存，然后由螺杆压缩机(3)增压至1.3～1.5MPaG后送至变换反应器(4)进行耐硫变换反应，控制变换反应器(4)入口物料的水汽比为0.3～0.5，变换反应温度230～450℃，反应压力1.2～1.5MPaG，将其中的CO转变为氢气，控制变换反应器(4)出口CO含量为5～7v％；得到的变换气进入装有水解催化剂的COS水解塔(5)内，将合成气中的COS水解成H2S和CO2；控制COS水解塔(5)内反应温度控制在155～165℃，COS水解塔(5)出口变换气中COS<5ppmv；脱除COS的变换气换热至30～50℃后从下部进入H2S吸收塔(6)内，与自上而下流动的NHD贫液逆流接触，洗涤出变换气中的CO2和H2S；控制H2S吸收塔(6)操作温度30～50℃，操作压力1.0～1.4MPaG，H2S吸收塔(6)出口变换气中H2S含量<10ppmv；粗脱硫后的变换气换热至260～280°后进入脱硫槽(8)内进行精脱硫；所述脱硫槽(8)内填充有干法脱硫剂；控制脱硫槽(8)内反应温度为260～280℃，压力为1.0～1.3MPaG，脱硫槽出口变换气中(H2S+COS)含量<0.1ppmv；精脱硫后的变换气进入甲烷化反应器(9)，在甲烷化催化剂的作用下，催化变换气中的CO、CO2与H2发生反应生成CH4，得到粗天然气；控制甲烷化反应器(9)内反应温度为300～550℃、反应压力为1.0～1.3MPaG；得到的粗天然气换热至8～12℃后从下部进入CO2吸收塔(7)内脱碳，与自上而下的NHD贫液逆流接触，控制CO2吸收塔操作温度-2～2℃，操作压力0.8～1.0MPaG，出口天然气中CO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王显炎，陈庚，庞睿，李忠燕，刘均安，胡宪，刘俊，潘旭明，
申请(专利权)人：中石化宁波工程有限公司，中石化宁波技术研究院有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33