褐煤蒸汽加氫氣化制天然氣工藝及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種褐煤制工然氣工藝及其系統(tǒng)，具體地說是一種褐煤蒸汽加氫氣化 制天然氣工藝及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國褐煤資源豐富，在我國已經(jīng)探明的煤炭儲(chǔ)量中褐煤占13%以上，達(dá)1300多億 噸。褐煤煤化程度低，毛細(xì)孔發(fā)達(dá)，氧含量高（無水無灰基20%左右），內(nèi)水豐富，全水分高 達(dá)30-50 %，熱值較低，且熱穩(wěn)定性較差，不宜長距離運(yùn)輸，直接作為大規(guī)模氣化原料又有很 大局限性。
[0003] 在20世紀(jì)初人們便開始研究分析加氫氣化工藝，到20世紀(jì)70-90年代已得到了 廣泛研究，是加氫氣化的黃金時(shí)期。Hygas、Hydrane、BG-0G等幾種典型煤加氫甲烷化工藝 相繼進(jìn)行至中試階段。利用煤與氫氣直接氣化反應(yīng)提高粗煤氣中甲烷含量，可降低后續(xù)甲 烷化單元的負(fù)荷，以提高整體煤制氣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
[0004] 就傳統(tǒng)二步法煤制天然氣工藝而言，高含水的褐煤需經(jīng)預(yù)干燥提質(zhì)（水含量5~ 15wt% )后方可進(jìn)入氣化爐，含水干燥尾氣直接排放，造成水資源浪費(fèi)；常規(guī)氣化爐出口 〇14含量較低（固定床氣化爐出口甲烷含量低于15%，而干煤粉氣化和水煤漿氣化爐出口 甲烷含量極低），為了提高天然氣產(chǎn)量和全流程的經(jīng)濟(jì)性，通常采用三段或多段串聯(lián)的高溫 /低溫甲烷化反應(yīng)器，對催化劑穩(wěn)定性和高溫反應(yīng)器設(shè)計(jì)要求較高（CN201210029443)。
[0005] 中國專利CN201110021674公開了一種"一種煤加氫熱解與氣化耦合的方法"，通 過將加氫熱解、半焦加氫氣化和焦粒制氫結(jié)合來提高輕組分含量和焦油產(chǎn)率，其中，加氫氣 化爐氣化壓力1.0-3.OMPa，溫度為327-427°C。該方案將干燥后的提質(zhì)煤按需進(jìn)入氣化爐 (20-40% )和加氫熱解爐（60-80% )，操作繁瑣；單獨(dú)設(shè)置了旋流床制氫反應(yīng)器，內(nèi)結(jié)構(gòu)需 特殊設(shè)計(jì)，造成設(shè)備制造成本提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種工藝簡單、節(jié)能降耗、投資成本 和運(yùn)行成本低、對環(huán)境友好、生產(chǎn)高品質(zhì)天然氣產(chǎn)品的褐煤蒸汽加氫氣化制天然氣工藝。
[0007] 本發(fā)明還提供一種用于上述工藝的系統(tǒng)，具有系統(tǒng)簡單、設(shè)備投資和運(yùn)行成本低、 節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明褐煤蒸汽加氫氣化制天然氣工藝，包括以下步驟：
[0009] -，將含水量為20-50% wt的褐煤送入蒸汽加氫氣化爐內(nèi)在氫氣的存在下進(jìn)行干 燥、熱解，褐煤干燥過程中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)一步參與加氫氣化反應(yīng)，得到尾氣及殘?zhí)?，所述?碳送入焦炭氣化爐與〇 2、水蒸氣發(fā)生高溫氣化反應(yīng)得到粗煤氣；
[0010] 二，所述尾氣和粗煤氣先送入洗滌凈化系統(tǒng)進(jìn)行除塵得到混合氣，再送入耐硫水 汽變換系統(tǒng)調(diào)整混合氣中的氫碳比，然后送入酸性氣體脫除系統(tǒng)脫除酸性氣體得到凈化 氣；
[0011] 三；所述凈化氣送入低溫甲烷化系統(tǒng)進(jìn)行甲烷化反應(yīng)生成ch4和水，送入干燥系統(tǒng) 干燥除水后得到天然氣產(chǎn)品。
[0012] 所述步驟二中，凈化氣先送入分離器分離出部分氫氣，分離出的部分氫氣經(jīng)增壓 系統(tǒng)增壓后再經(jīng)預(yù)熱器所述粗煤氣間接預(yù)熱后送入蒸汽加氫氣化爐內(nèi)參與加氫氣化反應(yīng)； 其余凈化氣送入低溫甲烷化系統(tǒng)。
[0013] 所述步驟一中，加氫氣化爐內(nèi)氫氣和褐煤的質(zhì)量比為0. 01-1。所述步驟一中，控 制蒸汽加氫氣化爐的氣體出口溫度為700-800°C。所述步驟一中，蒸汽加氫氣化爐頂部尾 氣中CH4干摩爾含量在25~65%之間，所述尾氣和粗煤氣混合后的CH4干摩爾含量不低于 20%〇
[0014] 所述步驟二中，出耐硫水汽變換系統(tǒng)的混合氣中的氏/CO比為5. 0-15.0,高于送入 低溫甲烷化系統(tǒng)的凈化氣中的H2/C0比（2. 5-3. 5之間）。
[0015] 所述步驟三中，低溫甲烷化系統(tǒng)采用兩級低溫絕熱反應(yīng)器串并聯(lián)，其中，所述凈化 氣送入一級低溫絕熱反應(yīng)器反應(yīng)后經(jīng)換熱器換熱，換熱后的凈化氣部分送入二級低溫甲烷 化反應(yīng)器反應(yīng)，其余部分則回送入一級低溫絕熱反應(yīng)器入口；控制一級低溫絕熱反應(yīng)器反 應(yīng)溫度為200-450°C，二級低溫絕熱反應(yīng)器反應(yīng)溫度為200-400°C。
[0016] 本發(fā)明系統(tǒng)包括蒸汽加氫氣化爐，所述蒸汽加氫氣化爐的頂部出口與洗滌凈化系 統(tǒng)的氣體進(jìn)口連接，底部出口經(jīng)焦炭氣化爐與洗滌凈化系統(tǒng)的氣體進(jìn)口連接，所述洗滌凈 化系統(tǒng)的出口依次連接耐硫水汽變換系統(tǒng)、酸性氣體脫除系統(tǒng)、低溫甲燒化系統(tǒng)和干燥系 統(tǒng)。
[0017] 所述酸性氣體脫除系統(tǒng)與分離器的氣體進(jìn)口連接，所述分離器的凈化氣出口與低 溫甲烷化系統(tǒng)連接，分離器的氫氣出口依次經(jīng)增壓系統(tǒng)與蒸汽加氫氣化爐連接。
[0018] 所述增壓系統(tǒng)經(jīng)換熱器的管程或殼程與蒸汽加氫氣化爐連接；所述焦炭氣化爐的 氣體出口經(jīng)換熱器的殼程或管程與洗滌凈化系統(tǒng)的氣體進(jìn)口連接。
[0019] 所述低溫甲烷化系統(tǒng)為一級低溫絕熱反應(yīng)器依次串聯(lián)換熱器、二級低溫絕熱反應(yīng) 器，其中，換熱器出口分別與一級低溫絕熱反應(yīng)器入口和二級低溫絕熱反應(yīng)器入口連接。
[0020] 褐煤中水含量較高，現(xiàn)有技術(shù)中會(huì)單獨(dú)設(shè)置褐煤干燥預(yù)處理單元使褐煤干燥，這 樣不僅會(huì)增大干燥尾氣回收利用的復(fù)雜程度，而直接排放也會(huì)造成資源浪費(fèi)，加重環(huán)境污 染。本發(fā)明中，發(fā)明人不對褐煤單獨(dú)進(jìn)行預(yù)干燥，反而巧妙的利用褐煤含水這一特點(diǎn)，將缺 點(diǎn)變優(yōu)點(diǎn)，直接將褐煤送入蒸汽加氫氣化爐內(nèi)，使褐煤與爐內(nèi)加氫氣化反應(yīng)后的尾氣發(fā)生 間接換熱干燥褐煤的同時(shí)獲得水蒸水，在H2存在下，褐煤中蒸發(fā)出的全部或部分水蒸氣與 干燥后褐煤發(fā)生加氫反應(yīng)，從而間接回收利用了褐煤中的水分，而無需單獨(dú)設(shè)置褐煤干燥 預(yù)處理單元，簡化流程，減少設(shè)備投資，無廢水廢氣排出，對環(huán)境友好，一舉多得。
[0021] 所述蒸汽加氫氣化爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)：C+H20 -C0+H2，會(huì)產(chǎn)生氫氣，但反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣 還不能滿足加氫反應(yīng)的消耗，對此發(fā)明人考慮通過調(diào)整出耐硫水汽變換系統(tǒng)的混合氣中的 氫碳比，使之高于送入低溫甲烷化系統(tǒng)的凈化氣中的氫碳比，使混合氣中含有更多的氫，這 部分多余的氫在分離器中被分離，并經(jīng)增壓系統(tǒng)增壓并預(yù)熱后作為氣化劑循環(huán)送入蒸汽加 氫氣化爐內(nèi)，從而使加氫氣化反應(yīng)需要的氫全部自產(chǎn)，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
[0022] 在焦炭氣化爐內(nèi)來自蒸汽加氫反應(yīng)器的殘?zhí)颗c02、水蒸氣發(fā)生高溫氣化，生成的 粗煤氣溫度高，這部分熱量可用于預(yù)熱循環(huán)進(jìn)入蒸汽加氫爐中的氫氣，使之滿足進(jìn)氣溫度 要求，熱量的回收也有利于節(jié)能降耗，對環(huán)境友好。
[0023] 為了保證碳轉(zhuǎn)化率和尾氣出口中甲烷含量，所述蒸汽加氫氣化爐的氣體出口溫度 優(yōu)選為700-800 °C，所述蒸汽加氫氣化爐內(nèi)氫氣和褐煤的質(zhì)量比優(yōu)選為0. 02-0. 5。
[0024] 常規(guī)氣化爐出口 014含量較低（固定床氣化爐出口甲烷含量低于15%，而干煤粉 氣化和水煤漿氣化爐出口甲烷含量極低），本發(fā)明中，采用了氫與褐煤直接發(fā)生加氫反應(yīng)可 提高加氫氣化爐氣體出口中尾氣中〇1 4的含量，CH4干摩爾含量可達(dá)在25~65%之間，所述 CH4干摩爾組成可通過調(diào)節(jié)蒸氣加氫氣化爐中的氫氣和褐煤的質(zhì)量比進(jìn)行控制，最終使尾 氣和粗煤氣混合后的CH4干摩爾含量不低于20%，由于在氣化單元中能夠產(chǎn)生甲烷含量較 高的合成氣，因此在低溫甲烷化系統(tǒng)中無需使用高溫甲烷化反應(yīng)器，而是采用兩級低溫絕 熱反應(yīng)器串并聯(lián)，一級低溫絕熱反應(yīng)器反應(yīng)溫度為200-45(TC，二級低溫絕熱反應(yīng)器反應(yīng)溫 度為200-400°C，兩級低溫絕熱反應(yīng)器的溫度均不高于450°C，這樣可大大降低工藝難度， 解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用串并聯(lián)高溫甲烷化反應(yīng)器和低溫甲烷化反應(yīng)器的方式生產(chǎn)高〇1 4濃 度的合成天然氣，高溫甲烷化反應(yīng)器及其配套的廢熱鍋爐設(shè)備材質(zhì)昂貴，且存在超溫的不 安全因素及運(yùn)行成本高的問題。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] (1)直接以高含水褐煤為原料，褐煤干燥產(chǎn)生的全部或部分水分參與水蒸氣加氫 氣化反應(yīng)，回收寶貴的水資源，同時(shí)省去昂貴的褐煤預(yù)干燥單元，大大降低了設(shè)備投資和運(yùn) 行成本。
[0027] (2)本工藝集成蒸汽加氫氣化爐，提高粗煤氣中甲烷含量，降低后續(xù)處理單元的設(shè) 計(jì)負(fù)荷。
[0028] (3)整個(gè)系統(tǒng)氫氣產(chǎn)量大于需求量，實(shí)現(xiàn)氫氣自產(chǎn)自銷。
[0029] (4)甲烷化系統(tǒng)僅采用低溫絕熱反應(yīng)器，不需要使用特殊地高溫反應(yīng)器和高溫廢 鍋等特殊昂貴設(shè)備，降低超溫等不安全因素的發(fā)生，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0030] (5)本發(fā)明系統(tǒng)幾乎無廢水廢氣排放，節(jié)能降耗、對環(huán)境友好，能穩(wěn)定生產(chǎn)的甲烷 濃度大于摩爾百分?jǐn)?shù)95%，C02含量低于摩爾百分?jǐn)?shù)2. 0%的天然氣產(chǎn)品。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明工藝流程圖暨系統(tǒng)圖。
[0032] 圖2為本發(fā)明低溫甲烷化系統(tǒng)示意圖。