天然气制氢和生物质液化组合处理系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种天然气制氢和生物质液化组合处理系统及工艺，所述处理系统包括天然气重整制氢单元、合成气比例调节膜分离器、合成气压缩单元、生物质原料预处理单元、生物质液化反应器、二氧化碳分离单元、轻烃提浓膜分离器和轻烃回收单元。还提供一种采用上述处理系统的处理工艺。所述组合处理系统将生物质液化反应单元和天然气重整制氢单元有机结合起来，天然气重整制氢单元可以根据生物质原料的不同随时调整液化所需氢气的性质，而且省去了天然气重整制氢单元中的水煤气变换反应单元和氢气提纯单元，直接将天然气重整制氢单元生成的合成气用于生物质催化液化过程，氢气成本大大降低，氢气利用率高。氢气利用率高。

【技术实现步骤摘要】
天然气制氢和生物质液化组合处理系统及工艺


[0001]本专利技术属于化工
，特别是涉及一种生物质催化液化与天然气重整制氢联合处理系统及处理工艺。

技术介绍

[0002]生物质是一种重要的可再生资源，目前，利用生物质生产的燃料已占总能源需求的5%以上，其中约41%来自木质生物质原料。生物质经过液化处理后可以获得柴油、芳烃、焦油和轻烃等高价值产品，利用价值大大提升。但是由于生物质原料中氧含量高，导致液化生成油性质较差，需要经进一步加氢处理后才能得到合格产品。
[0003]生物质催化液化反应是在液化反应的基础上原位引入氢气，在液化反应的同时进行加氢处理，使产品性质大幅提高，并将原本多次反应过程整合至同一反应器内，大大降低了设备投资和需求。由于生物质分布较为分散，且能量密度低，产出/成本比例低，因此转化过程对于成本十分敏感。氢气作为贵重的可再生资源，往往由于成本过高的原因限制了其在生物质油精制过程中的应用。
[0004]氢气主要来源是天然气制氢，天然气制氢过程包括重整反应和水煤气变换反应，其中重整反应主要产生合成气，即二氧化碳、一氧化碳和氢气；水煤气变换反应主要利用一氧化碳进一步反应生成氢气，提高氢气收率。现有加氢工艺过程中对新鲜氢气的纯度要求一般要达到97～99vol%，较高的新氢纯度要求主要用于维持反应体系的氢分压；但由于加氢反应生成气中含有大量的副产气体（如一氧化碳和二氧化碳等），导致循环利用的高分气与新氢混合后的循环氢纯度仅为80～90vol%，即浪费了约10%的氢分压。氢气的提纯成本占氢气生产总成本的15～30%，较高的提纯成本也使常规工艺无法使生物质加氢系统的氢分压接近总压。
[0005]专利ZL201210521910.5公开了一种利用非化石原料电解制氢并利用尾气进行费托合成的方法。其不足在于：该方法仅为现有技术的顺序组合，电解制氢并不适用于工业化装置，制取的氢气必须经过水煤气变换等进一步处理才能进行费托合成反应进行间接液化；另一方面，该方法的尾气仅作为间接液化原料，其中的杂质组分（NOx和SOx等）仍需要中间步骤处理，价值较高的轻烃组分也无法参与费托合成反应而被夹带进入后续处理工艺之中。

技术实现思路

[0006]虽然生物质催化液化技术理论可行，但专利技术人在实际研究工作中发现本领域中现有技术在实现生物质催化液化时仍然面临诸多工艺和工程上的问题。首先，由于生物质原料来源具有地区性、季节性和不确定性等多种问题，因而不同批次的生物质原料液化反应所需的温度和氢分压都不同，常规加氢反应器和制氢工艺无法满足生物质催化液化灵活调整工艺参数的需求，而且存在氢气成本过高、反应体系氢浓度不足的问题；其次，生物质催化液化过程中，提高温度虽然可以提高转化率，降低焦油、焦炭产率，但也会热解产生大量
轻烃，这部分轻烃在现有工艺中缺乏有效的回收处理手段，不但提高了回收成本，气体中的甲烷、一氧化碳等也无法得到有效利用。以上问题导致现有生物质液化过程经济成本较高，不利于实现规模化工业应用。
[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种天然气制氢和生物质液化组合处理系统及工艺，所述组合处理系统将生物质液化反应单元和天然气重整制氢单元有机结合起来，天然气重整制氢单元可以根据生物质原料的不同随时调整液化所需氢气的性质（如氢分压等），而且省去了天然气重整制氢单元中的水煤气变换反应单元和氢气提纯单元，直接将天然气重整制氢单元生成的合成气用于生物质催化液化过程，氢气成本大大降低，氢气利用率高、反应体系氢分压高。
[0008]本专利技术第一方面提供一种天然气制氢和生物质液化组合处理系统，所述组合处理系统包括：天然气重整制氢单元，其用于接收并处理天然气和水蒸气，天然气和水蒸气经重整反应后得到合成气，所述合成气分两路，分别为第1路合成气和第2路合成气；合成气比例调节膜分离器，其用于接收并处理来自天然气重整制氢单元的第1路合成气，处理后得到第 1渗透气和第1渗余气；合成气压缩单元，其用于接收并处理来自合成气比例调节膜分离器的第1渗透气和来自天然气重整制氢单元的第2路合成气，经压力调节处理后得到第3气相物料；生物质原料预处理单元，其用于接收生物质原料和来自溶剂进料管线的溶剂，生物质原料和溶剂混合均匀后得到反应进料；生物质液化反应器；其用于接收并处理来自生物质原料预处理单元的反应进料和来自合成气压缩单元的第3气相物料，反应并经分离后得到生物质裂解气、生物质油和废渣；二氧化碳分离单元，其用于接收并处理来自生物质液化反应器的生物质裂解气，处理后得到二氧化碳和脱碳气体；轻烃提浓膜分离器，其用于接收并处理来自二氧化碳分离单元的脱碳气体，处理后得到第2渗透气和第2渗余气，其中第2渗余气返回合成气比例调节膜分离器；轻烃回收单元，其用于接收来自轻烃提浓膜分离器的第2渗透气，回收后得到轻烃和不凝气。
[0009]所述天然气制氢和生物质液化组合处理系统中，所述生物质原料预处理单元与水蒸气管线连通。
[0010]所述天然气制氢和生物质液化组合处理系统中，所述组合处理系统包括废渣除油装置，其用于接收来自生物质液化反应器的废渣（所述废渣包括废催化剂、生物质废渣，及其夹带的生物质油等），废渣经过氮气气提和旋流分选处理后得到固相废料和生物质油，其中生物质油可以返回生物质原料预处理单元，作为溶剂和输送介质使用。所述废渣除油装置可以采用任意能够实现固液两相分离的装置，如旋流分离器等，进一步优选为多级固液旋流分离器；废渣除油装置排出的固相废料包括焦炭、生物质残渣和少量催化剂，所述固相废料排出界区进行处理；废渣除油装置排出的液体为生物质催化液化产生的生物质油，其氢含量较高，可以返回生物质原料预处理单元，与生物质原料混合，提高固体生物质原料的流动性，并可以作为供氢溶剂使用。
[0011]所述天然气制氢和生物质液化组合处理系统中，所述组合处理系统包括不凝气压
缩机，其用于接收来自轻烃回收单元的不凝气，不凝气经压力调节处理后返回轻烃提浓膜分离器。
[0012]所述天然气制氢和生物质液化组合处理系统中，所述生物质液化反应器为沸腾床反应器，所述沸腾床反应器的形式没有特别限制，如可以采用安装有循环泵、闪蒸罐和中心循环杯的反应器形式，或者也可以采用内置三相分离器的无循环泵的反应器形式，优选为无循环泵反应器形式。所述沸腾床反应器具体可以采用中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院开发的内置三相分离器的沸腾床反应器。具体的，所述的沸腾床反应器包括进料分布板下方的气相入口、进料分布板上方的废渣出口、顶部的生物质加入口、液相生成油出口和气相出口；其中气相入口引入合成气促进反应器内的流化状态；废渣出口根据工艺状态排出内部固体废渣或部分失活催化剂，以促进反应正向进行；生物质加入口主要用于加入生物质原料和供氢溶剂，也可引入新鲜催化剂保证反应器内的反应活性；液相出口用于排出生物质油作为产品；气相出口排出生物质裂解气和未反应的合成气。
[0013]所述天然气制氢和生物质液化组合处理系统中，所述合成气比例调节膜分离器具有对氢气富集的选择性，其中，合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气制氢和生物质液化组合处理系统，所述组合处理系统包括：天然气重整制氢单元，其用于接收并处理天然气和水蒸气，天然气和水蒸气经重整反应后得到合成气，所述合成气分两路，分别为第1路合成气和第2路合成气；合成气比例调节膜分离器，其用于接收并处理来自天然气重整制氢单元的第1路合成气，处理后得到第 1渗透气和第1渗余气；合成气压缩单元，其用于接收并处理来自合成气比例调节膜分离器的第1渗透气和来自天然气重整制氢单元的第2路合成气，经压力调节处理后得到第3气相物料；生物质原料预处理单元，其用于接收生物质原料和来自溶剂进料管线的溶剂，生物质原料和溶剂混合均匀后得到反应进料；生物质液化反应器；其用于接收并处理来自生物质原料预处理单元的反应进料和来自合成气压缩单元的第3气相物料，反应并经分离后得到生物质裂解气、生物质油和废渣；二氧化碳分离单元，其用于接收并处理来自生物质液化反应器的生物质裂解气，处理后得到二氧化碳和脱碳气体；轻烃提浓膜分离器，其用于接收并处理来自二氧化碳分离单元的脱碳气体，处理后得到第2渗透气和第2渗余气，其中第2渗余气返回合成气比例调节膜分离器；轻烃回收单元，其用于接收来自轻烃提浓膜分离器的第2渗透气，回收后得到轻烃和不凝气。2.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述组合处理系统包括废渣除油装置，其用于接收并处理来自生物质液化反应器的废渣，处理后得到固相废料和生物质油，其中生物质油返回生物质原料预处理单元，作为溶剂和输送介质使用。3.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述废渣除油装置采用任意能够实现固液两相分离的装置，具体为旋流分离器，进一步优选为多级固液旋流分离器。4.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述组合处理系统包括不凝气压缩机，其用于接收来自轻烃回收单元的不凝气，不凝气经压力调节处理后返回轻烃提浓膜分离器。5.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述生物质原料预处理单元与水蒸气管线连通。6.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述生物质液化反应器为沸腾床反应器。7.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述合成气比例调节膜分离器的膜组件采用平板式、中空纤维式、螺旋卷式或牒式膜组件，优选为采用中空纤维式膜组件。8.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述轻烃提浓膜分离器的膜组件采用平板式、中空纤维式、螺旋卷式或牒式膜组件，优选采用螺旋卷式膜组件。9.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述轻烃回收装置采用冷凝器、冷箱、吸附回收装置中一种或几种，优选为采用冷箱进行深冷处
理。10.按照权利要求1所述的天然气制氢和生物质液化组合处理系统，其特征在于：所述二氧化碳分离单元采用氨洗、低温甲醇洗、变压吸附或膜分离中的一种或几种。11.一种天然气制氢和生物质液化组合处理工艺，所述工艺包括如下内容：使用天然气重整制氢单元，其用于接收并处理天然气和水蒸气，天然气和水蒸气经重整反应后得到合成气，所述合成气分两路，分别为第1路合成气和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈博，孟兆会，刘玲，乔凯，葛海龙，杨涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：