[实用新型]一种结合使用循环流化床干法热脱硫生产合成天然气或联产制氢的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及煤或其它含碳材料的气化产生的粗合成气生产合成天然气或联产制氢的装置。特别涉及一种结合循环流化床干法热脱硫和非耐硫变换技术的生产合成天然气或联产制氢的流程配置，更具体的是涉及一种结合使用循环流化床干法脱硫生产合成天然气或联产制氢的系统。

背景技术

在现有的以煤为原料生产合成天然气的技术和工业实践中，通常采用煤气化产生粗合成气，粗合成气经过耐硫变换反应和液相吸收法脱硫脱碳技术调节(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)值在3.0左右，进入甲烷化反应装置。

目前使用较广泛的液相吸收法脱硫脱碳技术有Rectisol工艺和Selexol工艺，其中：

Rectisol工艺采用甲醇为吸收溶剂，在极低的温度下操作，需消耗大量冷量。

Selexol工艺中使用聚乙二醇二甲醚为溶剂，但该工艺对脱除合成气中的COS有一定的困难，如要将酸性气体中浓度高的COS除去，需增加COS水解单元，且溶剂的循环量大导致操作成本高。

来自气化的高温合成气经过耐硫变换反应后，温度通常在270-450℃，而以上液相吸收法脱硫脱碳技术在这样的高温气体中是无效的，因为这些方法典型地需要在零度以下较低的温度下操作，因此合成气需要进行热回收处理，以满足液相吸收法脱硫脱碳技术除去杂质的低温条件，而经过脱硫脱碳后的净化合成气温度较低，达不到甲烷化反应所需要的起活温度230-300℃。因而进入甲烷化反应器需要用额外的热量将原料气复热至甲烷化所需的温度，整个流程热量设置不合理，存在冷热病，热效率利用降低。

合成气甲烷化反应属于强放热反应，每1％的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升，每1％的CO₂甲烷化可产生60℃的绝热温升。而工业使用的甲烷化催化剂的温度一般在230-750℃，受到催化剂操作温度的限制，因此需要有效的控制甲烷化反应的温升。

目前国内外的甲烷化装置大多采用循环甲烷化工艺来控制反应温度，如Lurgi甲烷化工艺采用三个甲烷化反应器，其中前两个甲烷化反应器采用串并联方式连接，主要采用部分第二甲烷化反应器产品气作为循环气，控制第一甲烷化反应器床层温度，第一甲烷化反应器出口温度为650℃，第二甲烷化反应器出口温度为500-650℃。

Davy甲烷化工艺采用四个甲烷化反应器，其中前两个甲烷化反应器采用串并联方式连接，主要采用部分第二甲烷化反应器产品气作为循环气，控制第一甲烷化反应器床层温度，第一、第二甲烷化反应器出口温度为620℃。

托普索甲烷化工艺采用五个甲烷化反应器，前两个甲烷化反应器采用串并联方式连接，采用部分第一甲烷化反应器产品气作为循环气，控制第一甲烷化反应器床层温度，第一、第二反应器出口温度为675℃。

上述循环甲烷化工艺存在以下缺点：

(1)由于使用循环压缩机，设备制造困难，投资高，合成回路的能耗增加。

(2)采用循环气来控制甲烷化反应的温度普遍较高，存在着飞温的可能，容易造成催化剂高温烧结。

(3)由于甲烷化的温度较高，造成甲烷化反应器需要相当厚的耐火衬里，不利于反应器的安装和拆卸以及容易出现衬里的损伤。

(4)由于甲烷化反应器的出口温度过高，使得后续的换热设备和管道具有较高的耐温性，从而增加了投资成本。

实用新型内容

本实用新型通过循环流化床热法脱除合成气的含硫化合物，可避免采用上述液相吸收法脱硫存在的缺点，脱硫后的合成气部分或全部经过非耐硫变换保持合成气在较高的温度(超过甲烷化催化剂的起活温度)，进入到甲烷化反应装置和/或制氢装置。通过非耐硫变换调节粗合成气的组成，使进入甲烷化装置的合成气中CO₂和水蒸汽的浓度增加，有效地控制甲烷化反应的温升。

本实用新型中的甲烷化装置采用无循环的甲烷化工艺，不需要设置循环气压缩机，且甲烷化反应器出口温度比传统高温循环甲烷化工艺的反应器出口温度低，使得反应器以及后续工段设备材质成本得到有效的降低。出甲烷化装置的合成气最后进入脱二氧化碳装置和干燥装置，得到合格的合成天然气产品。

本实用新型用于生产合成天然气的同时还可以联产制氢。经过非耐硫变换的合成气，进入吸附床脱除NH3/HCN后，全部或部分去甲烷化反应装置生产合成天然气，另外部分去制氢装置生产氢气。