本實用新型涉及煤制天然氣領(lǐng)域，具體涉及一種用于煤制天然氣的變換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

一氧化碳的變換反應(yīng)是指煤氣借助于催化劑的作用，在一定溫度下，時一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。通過變換反應(yīng)減少煤氣中的一氧化碳，得到適于合成氨、制取城市煤氣或甲醇的有效氣體氫氣。例如，在合成氨生產(chǎn)中，需要通過變換裝置在催化劑作用下，將粗煤氣中的水蒸氣與CO反應(yīng)生成氫和二氧化碳：CO+H₂O＝H₂+CO₂(盡可能全部轉(zhuǎn)化為氫)；在城市煤氣及甲醇的生產(chǎn)中，同樣需要變換裝置將粗煤氣中的CO部分變換，生成氫氣，用以控制城市煤氣中的CO含量不大于28％；生產(chǎn)甲醇時，通過變換使CO控制在14％至26％，以滿足甲醇合成的要求。變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，不需要提供額外的熱源。

在工業(yè)生產(chǎn)中，進行上述變換過程的變換系統(tǒng)的整體工藝通常為：粗煤氣首先經(jīng)過洗滌塔，去除大量的油、粉塵及液滴，進入換熱器，與變換器換熱后，進入預(yù)變換爐，在此捕集煤氣中夾帶的焦油、塵和在換熱器中形成的聚合烴。離開預(yù)變換爐進入主變換爐發(fā)生變換反應(yīng)，變換后的變換氣與粗煤氣換熱回收熱量后，進入下一工段。

在煤制天然氣中，同樣會涉及到變換反應(yīng)，其主要過程為：原料煤在氣化爐內(nèi)與氣化劑(氧氣+水蒸氣)發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)生粗煤氣；粗煤氣再經(jīng)洗滌、冷卻除去大部分的煤焦油、粉塵等雜質(zhì)后，進入粗煤氣變換工段，在此將粗煤氣中的CO在催化劑的作用下，部分變換為H₂，使H₂與CO的摩爾比約在2.8至3.2之間，以滿足甲烷合成反應(yīng)對合成氣的要求。變換后的粗煤氣再經(jīng)低溫甲醇洗工藝凈化為合格的凈煤氣，最終 送入甲烷化工段，進行合成甲烷的生產(chǎn)。

由于同樣涉及CO變換，目前在煤制天然氣生產(chǎn)中，其變換系統(tǒng)通常沿用上述合成氨、制取城市煤氣或甲醇的變換系統(tǒng)。然而，當(dāng)以成本較低的低階煤(例如褐煤)為原料制備天然氣時，上述變換系統(tǒng)通常變得難以適用，主要原因如下：

1、由于低階煤(褐煤)含水量高，機械強度差，熱穩(wěn)定性差，在固定床碎煤加壓氣化爐，作為氣化原料的時候，易產(chǎn)生粉塵，隨著粗煤氣帶到下游工段，堵塞設(shè)備和管線，嚴重影響了裝置運行的穩(wěn)定性和長周期性以及生產(chǎn)負荷的提高。

2、當(dāng)采用固定床碎煤加壓氣化技術(shù)時，所產(chǎn)粗煤氣的H₂：CO為2.55左右，為生產(chǎn)合成天然氣，有一部分CO在催化劑的作用下完成變換反應(yīng)，以滿足在甲烷合成工段的反應(yīng)要求，即H₂：CO為2.8至3.2左右。這種變換反應(yīng)與合成氨或者城市煤氣以及生產(chǎn)甲醇工藝中的變換反應(yīng)存在不同，即只有少量的CO參與變換反應(yīng)，雖然變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但變換的CO較少，難以維持系統(tǒng)的熱平衡和變換反應(yīng)的平穩(wěn)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種用于煤制天然氣的變換系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的變換系統(tǒng)不適于以低階煤為原料生產(chǎn)天然氣的工藝的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種用于煤制天然氣的變換系統(tǒng)，所述變換系統(tǒng)包括：

徑流洗滌器，用于對氣化所得的粗煤氣進行洗滌除塵，得到第一洗滌氣和第一洗滌液；

至少一個洗滌塔，用于對來自所述徑流洗滌器的第一洗滌氣進行洗滌除塵，得到第二洗滌氣和第二洗滌液；

旋風(fēng)分離器，用于對來自所述洗滌塔的第二洗滌氣進行旋風(fēng)分離，以得到凈煤氣和從所述第二洗滌氣中分離出的分離物；

加熱單元，用于使來自所述旋風(fēng)分離器的凈煤氣進行加熱升溫；和

變換單元，用于使來自所述加熱單元的凈化氣中的一氧化碳發(fā)生變 換反應(yīng)，得到合成氣。

根據(jù)本實用新型的變換系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述的至少一個洗滌塔為并聯(lián)設(shè)置的兩個洗滌塔，可以同時或切換運行，有利于保障系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、高負荷運行。

根據(jù)本實用新型的變換系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述加熱單元包括：

第一換熱器，用于使來自所述旋風(fēng)分離器的凈煤氣與來自所述變換單元的合成氣換熱升溫；和

第二換熱器，用于使來自第一換熱器的凈煤氣與蒸汽換熱升溫。

根據(jù)本實用新型的變換系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述加熱單元還包括蒸汽補充管，所述蒸汽補充管用于在來自第二換熱器的凈煤氣進入所述變換單元前向所述凈煤氣中補充蒸汽，以加熱所述凈煤氣。

根據(jù)本實用新型的變換系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述變換單元包括預(yù)變換爐、主變換爐和分流管，其中，所述預(yù)變換爐與主變換爐串聯(lián)設(shè)置；所述分流管與所述主變換爐并聯(lián)設(shè)置，用于使所述預(yù)變換爐的部分氣相產(chǎn)物與所述主變換爐的氣相產(chǎn)物混合以得到合成氣。

根據(jù)本實用新型的變換系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述變換系統(tǒng)還包括緩沖裝置，所述緩沖裝置用于接收來自所述徑流洗滌器的第一洗滌液、來自所述洗滌塔的第二洗滌液和來自所述旋風(fēng)分離器的分離物，以便處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的變換系統(tǒng)具有一下優(yōu)點：

(1)、本實用新型的變換系統(tǒng)首先通過徑流洗滌器對粗煤氣進行洗滌除塵，可以有效去除粗煤氣中大部分的油、水、塵等雜質(zhì)，可以極大地減小后續(xù)處理設(shè)備的負擔(dān)，非常適合于處理由低階煤氣化得到的雜質(zhì)含量高的粗煤氣，有利于系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行；

(2)本實用新型中，依次利用洗滌塔和旋風(fēng)分離器對經(jīng)徑流洗滌器洗滌后粗煤氣中殘留的油、水、塵等進行精洗、分離，有效脫除粗煤氣殘留雜質(zhì)，從而可以與徑流洗滌器形成非常好的配合，得到凈煤氣；由于粗煤氣脫除干凈、雜質(zhì)少，從而減少了變換爐爐溫的波動，減少了催化劑床層積煤塵，同時可以防止變換爐催化劑由于大量帶水而是催化劑 粉化、失活；

(3)本實用新型中設(shè)置的蒸汽換熱器使得當(dāng)粗煤氣中CO含量較低、需要變換的量相對較少時，也可以保持變換爐反應(yīng)熱量恒定、系統(tǒng)平穩(wěn)運行；

(4)本實用新型中還進一步設(shè)有蒸汽管線，從而可以在需要時直接向待進入預(yù)變換爐的凈煤氣中補入高溫的蒸汽，保障了變換系統(tǒng)的開車及系統(tǒng)波動時的熱量補充，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；

附圖說明

圖1為本實用新型的變換系統(tǒng)的一種實施方式的示意圖；

圖2為對比例的變換系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明，但本實用新型并不僅限于此。

如圖1所示，在一種實施方式中，本實用新型的變換系統(tǒng)包括徑流洗滌器1、洗滌塔2、旋風(fēng)分離器3、加熱單元和變換單元，其中，所述徑流洗滌器1用于對氣化所得的粗煤氣進行洗滌除塵，在所述徑流洗滌器1底部得到含有從粗煤氣中洗滌出的雜質(zhì)(例如油、水和塵等雜質(zhì))的第一洗滌液，所述粗煤氣經(jīng)徑流洗滌器1洗滌后得到第一洗滌氣。所述徑流洗滌器1為本領(lǐng)域中用于氣體洗滌除塵的常用設(shè)備，例如中船圣會裝備有限公司生產(chǎn)的徑流洗滌器，為本領(lǐng)域所熟知，這里不再贅述。

所述洗滌塔2與所述徑流洗滌器1串聯(lián)設(shè)置，用于對來自所述徑流洗滌器1的第一洗滌氣進行洗滌除塵，在所述洗滌塔2底部得到含有從第一洗滌氣中洗滌出的雜質(zhì)(例如油、水和塵等雜質(zhì))的第二洗滌液，所述第一洗滌氣經(jīng)所述洗滌塔2洗滌后得到第二洗滌氣；所述洗滌塔2同樣為本領(lǐng)域中用于氣體洗滌除塵的常用設(shè)備，例如在洗滌塔2塔體內(nèi)設(shè)置填料層，使氣體與洗滌液在填料層中逆流充分接觸，進行洗滌除塵，比如中船圣會裝備有限公司生產(chǎn)的洗滌塔，為本領(lǐng)域所熟知，這里不再 贅述。在另一個優(yōu)選實施方式中，所述洗滌塔2設(shè)有兩個，兩個洗滌塔2之間并聯(lián)設(shè)置，從而既可以在工況惡劣的時候，切換操作，也可以同時操作，有利于保障系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定且高負荷運行。

所述旋風(fēng)分離器3與所述洗滌塔2串聯(lián)設(shè)置，用于對來自所述洗滌塔2的第二洗滌氣進行旋風(fēng)分離，以得到凈煤氣和從所述第二洗滌氣中分離出的分離物；所述旋風(fēng)分離器3為本領(lǐng)域中用于氣體除塵的常用設(shè)備，例如中船圣會裝備有限公司生產(chǎn)的旋風(fēng)分離器，為本領(lǐng)域所熟知，這里不再贅述。

所述加熱單元用于使來自所述旋風(fēng)分離器3的凈煤氣進行加熱升溫，以便達到相應(yīng)的反應(yīng)溫度，從而進入后續(xù)變換單元進行反應(yīng)。所述加熱單元包括串聯(lián)設(shè)置的第一換熱器41和第二換熱器42，其中，所述第一換熱器41用于使來自所述旋風(fēng)分離器3的凈煤氣與來自所述變換單元的合成氣換熱升溫，以回收熱量；所述第二換熱器42用于使來自第一換熱器41的凈煤氣與蒸汽換熱升溫，從而有利于保證進入后續(xù)變換單元的凈化氣的溫度，所述蒸汽可以來自生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的中壓蒸汽管網(wǎng)。在一個優(yōu)選實施例中，所述加熱單元還設(shè)有蒸汽補充管43，所述蒸汽補充管43用于在來自第二換熱器42的凈煤氣進入所述變換單元前向所述凈煤氣中補充蒸汽，從而可以在需要時直接通入蒸汽加熱所述凈煤氣，有利于進一步保證進入后續(xù)變換單元的凈化氣的溫度。

所述變換單元用于使來自所述加熱單元的凈化氣中的一氧化碳發(fā)生變換反應(yīng)，得到合成氣。所述變換單元包括預(yù)變換爐51、主變換爐52和分流管53，為本領(lǐng)域所熟知，具體地，所述預(yù)變換爐51與主變換爐52串聯(lián)設(shè)置；所述分流管53與所述主變換爐52并聯(lián)設(shè)置，用于使所述預(yù)變換爐51的部分氣相產(chǎn)物與所述主變換爐的氣相產(chǎn)物混合以得到合成氣。

在本實用新型的另一種實施方式中，所述變換系統(tǒng)還包括緩沖裝置6，所述緩沖裝置用于接收來自所述徑流洗滌器的第一洗滌液、來自所述洗滌塔的第二洗滌液和來自所述旋風(fēng)分離器的分離物，以便處理，例如進行進一步分離，以提取出焦油等物質(zhì)。所述緩沖裝置6為本領(lǐng)域所熟知， 例如可以是緩沖罐。

運行時，褐煤經(jīng)碎煤加壓氣化技術(shù)氣化后得到的粗煤氣(壓力3.5Mpa至4.0Mpa)首先經(jīng)過徑流洗滌器1洗滌，去粗煤氣中除大部分油、粉塵，得到的第一洗滌氣之后進入洗滌塔2，繼續(xù)去除油、粉塵，得到第二洗滌氣，其中所述洗滌塔2可切換使用，以保證洗滌效果。之后，所述第二洗滌氣進入旋風(fēng)分離器3中進行旋風(fēng)分離處理，進一步去除其中殘留的油、水和塵等雜質(zhì)，得到凈化氣。

所述凈化氣隨后進入第一換熱器41，與來自變換單元的合成氣換熱升溫至200℃至240℃后進入第二換熱器42，與中壓蒸汽換熱升溫至230℃至260℃后，進入預(yù)變換爐51，在此捕集煤氣中極少量夾帶的焦油、塵和在換熱器中形成的聚合烴。當(dāng)然，在所述凈煤氣離開第二換熱器42后、進入預(yù)變換爐51前，可在系統(tǒng)不穩(wěn)定的時候向所述凈化氣中通入中壓蒸汽，以確保達到預(yù)變換反應(yīng)的溫度要求(230℃至260℃)。離開預(yù)變換爐51的變換氣的溫度約為290℃至320℃，將其中約25％至50％的氣體送入主變換爐52，在Co-Mo催化劑的作用下，發(fā)生變換反應(yīng)。經(jīng)所述主變換爐52變換后的變換氣溫度315℃至360℃，與來自所述預(yù)變換爐51的剩余變換氣混合，從而得到合成氣。所述合成氣經(jīng)第一換熱器41與凈煤氣換熱回收熱量后，進入下一合成工段以合成甲烷。

對比例

在進行本實用新型的改造前，原變換系統(tǒng)如圖2所示，與本實用新型相比，并未設(shè)置徑流洗滌塔和旋風(fēng)分離器，并且在加熱單元也為設(shè)置蒸汽換熱器和蒸汽補充管。

原變換系統(tǒng)自2013年年末開車試運行以來，由于粗煤氣帶塵量較大，生產(chǎn)負荷僅維持在40％左右，變換單元的變換爐爐溫不穩(wěn)，后來雖然增加蒸汽補充管，但由此也產(chǎn)生了大量的污水。

當(dāng)2014年對變換系統(tǒng)進行本實用新型的改造后，目前生產(chǎn)負荷已提 升至80％，而且粗煤氣所夾帶的水量滿足變換所需，因此正常生產(chǎn)后不再需要將中壓蒸汽通入預(yù)變爐，減少了污水量，取得了很好的經(jīng)濟、環(huán)保效益。

上述實施例僅供說明本實用新型之用，而非是對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的主旨和范圍的前提下，還可以做出各種變化和變形，因此所用等同的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本實用新型的范疇，本實用新型的保護范圍應(yīng)該由各權(quán)利要求限定。