煤气化的全变换系统及变换方法技术方案

本发明专利技术属于煤化工技术领域；涉及一种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；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。本发明专利技术工艺操作简单、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。

Full conversion system and conversion method of coal gasification

【技术实现步骤摘要】
煤气化的全变换系统及变换方法
本专利技术属于煤化工
；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及变换方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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及变换方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：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；一种基于煤气化全变换系统的变换方法，其特征在于：所述变换方法包括以下步骤：1)来自煤气化的粗煤气依次经过分离器、饱和塔以及脱毒槽后进入变换炉的壳程入口；2)粗煤气在变换炉的壳程内、在催化剂作用下发生一次变换反应，同时来自蒸汽管网的饱和蒸汽从蒸汽管路进入变换炉管程中进行热量交换，最终一次变换后的粗煤气从变换炉的壳程出口进入变换后系统制甲醇；3)进一步的，一次变换后的粗煤气从变换炉的壳程出口进入二次变换系统，粗煤气继续在反应塔内、在催化剂作用下发生二次变换反应；经过二次变换的粗煤气从反应塔部的出口送至后续系统制氢或制氨。进一步的，步骤1)中所述煤气化的粗煤气为来自Shell气化炉的粗煤气；所述粗煤气的汽气比为0.15～0.5；所述粗煤气粗煤气中CO含量为60～80％。进一步，上述步骤2)中以及步骤3)中催化剂均为低水碳比催化剂。进一步，所述煤气化的粗煤气的压力略小于来自蒸汽管路中饱和蒸汽的压力。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术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。本专利技术中的粗煤气经分离、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。本专利技术工艺简单，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、本专利技术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、本专利技术中煤气化的粗煤气的压力略小于来自蒸汽管路中饱和蒸汽的压力，这样保证来自管外的饱和蒸汽很容易地补入煤气化的粗煤气中并进入变换炉内，防止产生漏点现象，避免粗煤气中的水分增加，影响变换炉中CO气体的变换效果。4、本专利技术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，且采用的催化剂为低水碳比催化剂，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为本专利技术提供的煤气化制甲醇变换系统流程图；图2为本专利技术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专利技术做详细的说明。实施例1参见图1，本专利技术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。本专利技术工艺简单，通过分离、饱和、变换从而实现粗煤气变换制甲醇的工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，崔静思，刘东波，王军龙，常亮，闫慧，唐乐，
申请(专利权)人：陕西聚能新创煤化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61