可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，包括能夠置于集裝箱內(nèi)運(yùn)輸?shù)臍怏w組分變換及凈化部分和氣體甲烷化部分，氣體組分變換及凈化部分包括耐硫水煤氣變換裝置、中溫氧化鋅脫硫裝置、氣水分離裝置和NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置，氣體甲烷化部分為三段式甲烷化反應(yīng)器裝置；其工作流程為：1、耐硫水煤氣變換裝置將煤氣中氫氣與一氧化碳比變?yōu)楹线m值，2、中溫氧化鋅脫硫裝置將硫含量降至低于0.2ppm，3、氣水分離裝置分離煤氣中的水分，4、NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置脫碳低于20ppm，5、三段式甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行煤氣甲烷化反應(yīng)；該平臺(tái)用于試驗(yàn)各種氣源狀況的最佳甲烷化反應(yīng)條件，適應(yīng)不同原料氣成份、不同操作條件、不同催化劑的測(cè)試；能夠測(cè)評(píng)甲烷化工藝、操作參數(shù)及催化劑性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及煤制天然氣【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)能源結(jié)構(gòu)為“多煤、少油、有氣”，油氣資源不足，而煤炭資源相對(duì)豐富。煤炭在燃燒過(guò)程中排放大量的硫氧化物、氮氧化物和粉塵污染，會(huì)引發(fā)酸雨、光化學(xué)煙霧等天氣污染，粉塵特別是PM2.5會(huì)引發(fā)人體呼吸系統(tǒng)疾病。我國(guó)正處于工業(yè)化中后期，能源需求量大，污染物排放也隨之愈演愈烈，導(dǎo)致環(huán)境事件頻發(fā)。所以必須注重環(huán)境保護(hù)、提倡節(jié)能減排，將煤進(jìn)行高效清潔的轉(zhuǎn)化，以符合煤的清潔利用以及可持續(xù)發(fā)展的要求。
[0003]相對(duì)于煤制甲醇、煤制二甲醚、煤直接液化、煤間接液化等技術(shù)，煤制合成天然氣(SNG)具有總的熱利用效率高(50%以上)、單位熱值投資、成本低，CO轉(zhuǎn)化率高(接近100%)、廢熱利用率高(附產(chǎn)高溫高壓蒸汽)、廢水易處理(不用處理即可以作為鍋爐給水或循環(huán)水)的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]與煤炭相比，天然氣是一種高效清潔的優(yōu)質(zhì)能源，近年來(lái)我國(guó)天然氣市場(chǎng)發(fā)展非常迅速，2012年我國(guó)天然氣表觀消費(fèi)量已達(dá)到1471億立方米，而國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量同期只有1077億立方米，每年從海上進(jìn)口來(lái)自澳大利亞、印尼、馬來(lái)西亞和伊朗的大量液化天然氣(LNG)，從西氣東輸二線進(jìn)口來(lái)自哈薩克斯坦、土庫(kù)曼斯坦進(jìn)口大量管道天然氣，并計(jì)劃修建從俄羅斯遠(yuǎn)東進(jìn)口天然氣的管道。
[0005]目前，我國(guó)天然氣對(duì)外依存度已達(dá)到27%，短期內(nèi)還將繼續(xù)提高，為了加強(qiáng)我國(guó)能源安全，提高國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量，利用相對(duì)豐富的煤炭制取天然氣，成為緩解天然氣供給緊張和對(duì)外依存度高的可行手段。這同時(shí)也符合煤的清潔利用、環(huán)保減排的科學(xué)發(fā)展思路。
[0006]我國(guó)的煤炭資源中有很大一部分是低質(zhì)的褐煤，直接利用效率低、污染大。將褐煤作為原料進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)能源天然氣，為我國(guó)低質(zhì)煤的利用提供了一種新的手段。同時(shí)，我國(guó)新疆、內(nèi)蒙古等邊遠(yuǎn)地區(qū)煤資源極為豐富，但是受到鐵路公路系統(tǒng)運(yùn)力和高額運(yùn)輸成本的限制，開(kāi)發(fā)利用難度較大，如何能夠有效利用這些地區(qū)的煤資源對(duì)于我國(guó)的能源保障意義重大。近年來(lái)國(guó)家戰(zhàn)略性的大力鼓勵(lì)新疆、內(nèi)蒙古地區(qū)的煤資源就地轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的天然氣，通過(guò)已有的或規(guī)劃建設(shè)中的天然氣管道進(jìn)行輸送，減輕鐵路公路系統(tǒng)的負(fù)荷，帶動(dòng)邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
[0007]目前，我國(guó)已建成大唐內(nèi)蒙古克什克騰旗40億方/年、大唐遼寧阜新40億方/年、慶華新疆伊寧55億方/年、匯能內(nèi)蒙古鄂爾多斯16億方/年四個(gè)項(xiàng)目。2013年4月發(fā)改委再次批準(zhǔn)山西同煤和中海油大同40億方/年、中電投新疆霍城60億方/年、新蒙內(nèi)蒙古鄂爾多斯40億方/年和國(guó)電內(nèi)蒙古興安盟40億方/年四個(gè)新項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)。煤制氣再次進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。
[0008]煤制合成天然氣工藝的關(guān)鍵步驟是煤氣化后的合成氣COx組分完全甲烷化反應(yīng)。煤氣化產(chǎn)生的合成氣中主要包含C0、C02、H2、CH4和N2等成分，經(jīng)過(guò)變換和凈化等工藝后，通過(guò)甲烷化反應(yīng)使得合成氣中的CO、CO2和H2在一定的條件下轉(zhuǎn)化為CH4，最后通過(guò)脫碳和富集等工藝，得到CH4含量超過(guò)90%的合成天然氣(SNG)。
[0009]甲烷化反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式為:
[0010]C0+3H2 — CH4+H20 AH=-206kJ/mol[0011 ] C02+4H2 — CH4+2H20 Δ H=-165kJ/mol
[0012]可見(jiàn)，甲烷化過(guò)程是一個(gè)氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，高壓將有利于CH4的生成，同時(shí)合成氣甲烷化過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)烈放熱的過(guò)程，將引起反應(yīng)體系劇烈的溫升。因此，能夠在高溫高壓下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作并具有高催化活性的甲烷化催化劑是工藝的關(guān)鍵因素之一。
[0013]目前國(guó)外比較成熟的商業(yè)化合成氣完全甲烷化催化劑主要是由英國(guó)戴維過(guò)程技術(shù)(Davy Process Technology)公司和丹麥托普索(Haldor Topsoe A/S)公司研發(fā)的。戴維公司的CRG甲烷化催化劑(美國(guó)專(zhuān)利US4455391)是鎳催化劑，含鎳量50%以上，需要預(yù)先脫硫，使用時(shí)不必預(yù)先調(diào)節(jié)原料氣中的n (H2) /n (CO)，250°C起活，最佳工作溫度300?600°C，700°C以上失活。美國(guó)大平原廠目前使用的就是戴維公司生產(chǎn)的甲烷化催化劑。大唐克什克騰旗和阜新項(xiàng)目使用的也是戴維公司的催化劑。托普索公司的MCR-2X甲烷化催化劑(英國(guó)專(zhuān)利GB2077613A)也是鎳催化劑，也需要預(yù)先脫硫，而且使用時(shí)需要預(yù)先調(diào)整n (H2) /n (CO)，活性組分分布在陶瓷載體上，在700°C以上仍然具有較高的活性。匯能鄂爾多斯和慶華伊寧項(xiàng)目使用的是托普索公司的催化劑。
[0014]國(guó)內(nèi)開(kāi)展合成氣完全甲烷化催化劑研究比較成熟的是中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所及其下屬的大連普瑞特化工科技有限公司。他們開(kāi)發(fā)的商業(yè)化催化劑主要包括M348(中國(guó)專(zhuān)利CN88105142.X)和M349 (中國(guó)專(zhuān)利CN200810001419.3)兩種型號(hào)。兩種催化劑的主要活性組分均為Ni，載體為Al2O3或TiO2，助劑則包括Mn、Zr、Cr和RE等。但是，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的催化劑還沒(méi)有工業(yè)化應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)?？傮w說(shuō)來(lái)，煤制天然氣生產(chǎn)流程所涉及的核心技術(shù)已大部分實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，只有甲烷化技術(shù)目前國(guó)內(nèi)還未有工業(yè)化的先例。為了盡快實(shí)現(xiàn)煤制氣全流程生產(chǎn)工藝國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)多家單位都在積極開(kāi)展這方面的工作。
[0015]雖然國(guó)內(nèi)外關(guān)于甲烷化工藝的研究已經(jīng)有近二十年，有部分已經(jīng)有了大規(guī)模工業(yè)項(xiàng)目或者示范項(xiàng)目的使用經(jīng)驗(yàn)，但仍有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。首先，由于不同工藝氣化后氣體成分區(qū)別很大，如第四代魯奇爐所產(chǎn)粗合成氣組分為CO:56%, H2:28%, CO2:4%,CH4成分一般比較高有8% ；Shell氣化爐所產(chǎn)粗合成氣組分為CO:59%，H2:28%, CO2:3.4%，CH4:0.9% ;德士古氣化爐所產(chǎn)粗合成氣組分為CO:45%,H2:33%,CO2:20%,CH4:0.2%，適用于每一種氣化技術(shù)的甲烷化工藝流程和其所用的催化劑由于氣體成分和負(fù)荷的不同需要做相應(yīng)的調(diào)整。再者，目前研發(fā)的完全甲烷化催化劑多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，今后需要做大量工業(yè)化中試來(lái)比選優(yōu)化催化劑和確定最佳工藝參數(shù)，而一般來(lái)說(shuō)只有經(jīng)過(guò)數(shù)千小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的催化劑才能進(jìn)入大型工業(yè)化的階段。因此，為了提供一個(gè)適用于不同氣化技術(shù)粗合成器組分、移動(dòng)方便可重復(fù)利用、并能夠評(píng)估不同催化劑的效率和能耗的測(cè)試裝置，故需要設(shè)計(jì)一種可移動(dòng)式的煤制合成氣甲烷化催化器測(cè)試平臺(tái)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0016]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，能夠適應(yīng)不同原料氣成份、不同操作條件、不同催化劑的測(cè)試；通過(guò)該測(cè)試平臺(tái)能夠測(cè)評(píng)甲烷化工藝、操作參數(shù)及催化劑性能。
[0017]為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0018]一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，包括能夠放置在一個(gè)集裝箱內(nèi)運(yùn)輸?shù)臍怏w組分變換及凈化部分和氣體甲烷化部分，所述氣體組分變換及凈化部分包括耐硫水煤氣變換裝置、中溫氧化鋅脫硫裝置、氣水分離裝置和NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置，所述氣體甲烷化部分為三段式甲烷化反應(yīng)器裝置；
[0019]所述耐硫水煤氣變換裝置包括和氣體緩沖罐VlOl連接的電加熱預(yù)熱器A X101，電加熱預(yù)熱器A XlOl和水蒸汽管道連接后再和相串聯(lián)的變換爐A TlOl和變換爐B T102連接，還包括連接在電加熱預(yù)熱器XlOl和中溫氧化鋅脫硫裝置間的氣體介質(zhì)換熱器ElOl ；
[0020]所述中溫氧化鋅脫硫裝置包括和變換爐B T102連接的兩個(gè)相并聯(lián)的脫硫塔AT103和脫硫塔B T104，其中脫硫塔A T103和脫硫塔B T104中的任意一個(gè)為備用脫硫塔，脫硫塔A T103和脫硫塔B T104中均放置氧化鋅柱；
[0021]所述氣水分離裝置包括與氣體介質(zhì)換熱器ElOl依次連接的水介質(zhì)換熱器E102和氣水分離器V102 ；
[0022]所述NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置包括和氣水分離器V102連接的兩個(gè)相并聯(lián)的分子篩塔A T105和分子篩塔B T106，其中分子篩塔A T105和分子篩塔B T106中的任意一個(gè)為備用分子篩塔，分子篩塔A T105和分子篩塔B T106中均放置NaOH和5A分子篩柱；
[0023]所述三段式甲烷化反應(yīng)器裝置包括換熱器A E103，所述換熱器A E103的a 口與分子篩塔A T105和分子篩塔B T106并聯(lián)后的出口連接，換熱器A E103的d 口依次與電加熱預(yù)熱器B X102、甲烷化反應(yīng)器A RlOl和脫鹽水換熱器B E104連接，脫鹽水換熱器B E104的輸出端和換熱器A E103的c 口連接，換熱器A E103的b 口依次與甲烷化反應(yīng)器B R102、脫鹽水換熱器C E105、甲烷化反應(yīng)器C R103和脫鹽水換熱器D E106連接。
[0024]所述耐硫水煤氣變換裝置的參數(shù)設(shè)置如下:煤氣流量0.8~4Nm3/h，定量加水蒸汽與煤氣體積比為0.2~0.7:1，變換爐A TlOl和變換爐B T102設(shè)計(jì)高度為1.2米，高徑比為4:1，材料選用304L，變換催化劑裝填量100ml，催化劑型號(hào)選用鈷鑰系耐硫催化劑，變換爐A TlOl和變換爐B T102的操作空速為8000~4000(?-1,工作溫度為190~500°C，設(shè)計(jì)最高溫度為600°C，工作壓力為0.1~4Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa。
[0025]所述中溫氧化鋅脫硫裝置的參數(shù)設(shè)置如下:煤氣流量為0.8~4Nm3/h，氧化鋅柱材料采用304L，工作溫度為100~500°C，設(shè)計(jì)最高溫度為600°C，工作壓力為0.1~4Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa，氧化鋅柱裝填量為5L，選用中溫氧化鋅脫硫劑，操作空速為160~SOOtr1,脫硫采用中溫干法脫硫,通過(guò)氧化鋅脫硫,將總硫降至0.2ppm以下。
[0026]所述氣水分離裝置中的水介質(zhì)換熱器E102采用板式換熱器，換熱面積為0.8m2，氣水分離器V102的體積為200L。
[0027]所述NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置的參數(shù)設(shè)置如下:分子篩塔A T105和分子篩塔B T106中煤氣流量為0.8~4Nm3/h，Na0H和5A分子篩柱材料選用304L，工作溫度為35~100°C，工作壓力為0.1~4.5Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa，NaOH裝填量為2.5L，5A分子篩裝填量為2.5L，操作空速為160~80(?'
[0028]所述三段式甲烷化反應(yīng)器裝置的參數(shù)設(shè)置如下:煤氣流量為0.8~4Nm3/h，甲烷化反應(yīng)器A R101、甲烷化反應(yīng)器B R102和甲烷化反應(yīng)器C R103的材料選用304L，工作溫度為300~700°C，設(shè)計(jì)最高溫度為800°C，工作壓力為0.1~3Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa，催化劑裝填量為100ml，操作空速為8000~^OOOh—1，甲烷化反應(yīng)器A RlOl、甲烷化反應(yīng)器B R102和甲烷化反應(yīng)器C R103高徑比在6~3:1之間選擇，換熱器A E103、脫鹽水換熱器B E104、脫鹽水換熱器C E105和脫鹽水換熱器D E106選用板式換熱器，換熱面積1.5m2。
[0029]所述測(cè)試平臺(tái)適用于魯奇爐、德士古爐、Shell爐或焦?fàn)t煤氣。
[0030]上述所述的一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試方法，將經(jīng)過(guò)分析的原料氣，計(jì)量調(diào)節(jié)后送入氣體緩沖罐V101，然后經(jīng)電加熱預(yù)熱器A XlOl加熱至200°C配入水蒸汽混合后進(jìn)入變換爐A TlOl和變換爐B T102，水蒸汽與原料氣體積比為
0.2~0.7:1，將氣體中的CO轉(zhuǎn)換成H2和CO2，調(diào)整H2:C0體積比為2.9~3.1 ;然后進(jìn)入脫硫塔A T103或脫硫塔B T104，脫硫至0.2ppm以下；脫硫后的出口氣與變換爐A T103的進(jìn)口氣通過(guò)氣體介質(zhì)換熱器ElOl換熱，隨后經(jīng)水介質(zhì)換熱器E102換熱降溫進(jìn)入氣水分離器V102分離水分；之后進(jìn)入分子篩塔A T105或分子篩塔B T106, 5A分子篩吸附CO2至20ppm以下；達(dá)到甲烷化反應(yīng)溫度要求后送往甲烷化反應(yīng)器；預(yù)處理后的氣體經(jīng)換熱器AE103內(nèi)殼后再經(jīng)電加熱預(yù)熱器BX102，在300°C下進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器A R101，在甲烷化反應(yīng)器ARlOl內(nèi)，大部分一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲燒和水，并放出大量熱，出口氣體溫度控制在600°C以?xún)?nèi)，通過(guò)脫鹽水換熱器B E104降溫?fù)Q熱，然后再經(jīng)換熱器A E103降溫?fù)Q熱，氣體溫度降低后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器B R102，少部分的一氧化碳和氫進(jìn)一步反應(yīng)生成甲烷和水，并放熱，出口氣體與脫鹽水換熱器C E105換熱后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器C R103,甲烷化反應(yīng)器CR103的出口合成氣經(jīng)脫鹽水換熱器D E106冷卻后得到合成的甲烷氣產(chǎn)品；氣體組分測(cè)量后直接引回到工廠的火炬區(qū)點(diǎn)燃或者直接高排。
[0031]本實(shí)用 新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0032]1、本實(shí)用新型平臺(tái)適用性強(qiáng)，能適用于不同氣源，對(duì)現(xiàn)有的魯奇爐、德士古爐、Shell爐，甚至焦?fàn)t煤氣都適用。該平臺(tái)用于試驗(yàn)各種氣源狀況的最佳甲烷化反應(yīng)條件，能夠適應(yīng)不同原料氣成份、不同操作條件、不同催化劑的測(cè)試。通過(guò)裝置可以測(cè)評(píng)甲烷化工藝、操作參數(shù)及催化劑性能。
[0033]2、平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、布局緊湊，裝置能夠放在一個(gè)集裝箱內(nèi)，方便運(yùn)輸。
[0034]3、平臺(tái)設(shè)有CO變換工序，無(wú)需外接純H2配氣。
[0035]4、測(cè)試方法選用不同于大型工業(yè)化裝置常用的低溫甲醇洗技術(shù)，省去了多級(jí)換熱裝置、制冷裝置和循環(huán)再生裝置，易于平臺(tái)的小型化。而選用的脫硫、脫水、和脫碳方法均不需大型設(shè)備和復(fù)雜工藝，都能夠在一個(gè)裝置內(nèi)完成，且設(shè)計(jì)為一用一備，便于更換保證連續(xù)運(yùn)行。
[0036]5、先進(jìn)行變換再中溫脫硫，利用變換反應(yīng)放出的熱量來(lái)達(dá)到ZnO中溫脫硫所需的溫度。
[0037]6、利用變換反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱進(jìn)入變換前的粗氣，利用甲烷化反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱進(jìn)入甲烷化前的氣流，除了在開(kāi)車(chē)時(shí)利用電棒加熱及在溫度下降時(shí)補(bǔ)熱外，均利用系統(tǒng)反應(yīng)自身熱量來(lái)維持各段所需溫度。
[0038]7、甲烷化反應(yīng)器設(shè)計(jì)采用強(qiáng)制移熱的方式把反應(yīng)后放出的大量熱量移走，控制后面反應(yīng)器床層溫度，防止飛溫。
[0039]8、利用原料氣的壓力提供驅(qū)動(dòng)力，無(wú)需額外配備增壓機(jī)。[0040]9、耐硫水煤氣變換裝置；中溫氧化鋅脫硫裝置；氣水分離裝置；NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置可以靈活操作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，可以選擇關(guān)閉并旁路水煤氣變換裝置、脫硫裝置或脫碳裝置。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1為本實(shí)用新型測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖2為本實(shí)用新型測(cè)試方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0044]如圖1所示，本實(shí)用新型一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，包括能夠放置在一個(gè)集裝箱內(nèi)運(yùn)輸?shù)臍怏w組分變換及凈化部分和氣體甲烷化部分，所述氣體組分變換及凈化部分包括耐硫水煤氣變換裝置、中溫氧化鋅脫硫裝置、氣水分離裝置和NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置，所述氣體甲烷化部分為三段式甲烷化反應(yīng)器裝置；所述耐硫水煤氣變換裝置包括和氣體緩沖罐VlOl連接的電加熱預(yù)熱器A X101，電加熱預(yù)熱器A XlOl和水蒸汽管道連接后再和相串聯(lián)的變換爐A TlOl和變換爐B T102連接，還包括連接在電加熱預(yù)熱器XlOl和中溫氧化鋅脫硫裝置間的氣體介質(zhì)換熱器ElOl ;所述中溫氧化鋅脫硫裝置包括和變換爐B T102連接的兩個(gè)相并聯(lián)的脫硫塔A T103和脫硫塔B T104，其中脫硫塔A T103和脫硫塔B T104中的任意一個(gè)為備用脫硫塔，脫硫塔A T103和脫硫塔B T104中均放置氧化鋅柱；所述氣水分離裝置包括與氣體介質(zhì)換熱器ElOl依次連接的水介質(zhì)換熱器E102和氣水分離器V102 ;所述NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置包括和氣水分離器V102連接的兩個(gè)相并聯(lián)的分子篩塔A T105和分子篩塔B T106，其中分子篩塔A T105和分子篩塔B T106中的任意一個(gè)為備用分子篩塔，分子篩塔A T105和分子篩塔B T106中均放置NaOH和5A分子篩柱；所述三段式甲烷化反應(yīng)器裝置包括換熱器A E103，所述換熱器A E103的a口與分子篩塔A T105和分子篩塔B T106并聯(lián)后的出口連接，換熱器AE103的d 口依次與電加熱預(yù)熱器B X102、甲烷化反`應(yīng)器A RlOl和脫鹽水換熱器B E104連接，脫鹽水換熱器BE104的輸出端和換熱器A E103的c 口連接，換熱器A E103的b 口依次與甲烷化反應(yīng)器BR102、脫鹽水換熱器C E105、甲烷化反應(yīng)器C R103和脫鹽水換熱器D E106連接。
[0045]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述耐硫水煤氣變換裝置的參數(shù)設(shè)置如下:煤氣流量為0.8~4Nm3/h，更優(yōu)選煤氣流量為2~3Nm3/h，定量加水蒸汽與煤氣體積比為
0.2~0.7:1，變換爐A TlOl和變換爐B T102設(shè)計(jì)高度為1.2米，高徑比為4:1，材料選用304L，變換催化劑裝填量100ml，催化劑選用鈷鑰系耐硫變換催化劑，變換爐A TlOl和變換爐B T102的操作空速為8000~4000(?-1,工作溫度為190~500°C，設(shè)計(jì)最高溫度為600°C，工作壓力為0.1~4Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa。更優(yōu)選操作空速為20000~300001^,1作溫度為200~400°C，工作壓力為I~2Mpa。
[0046]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述中溫氧化鋅脫硫裝置的參數(shù)設(shè)置如下:煤氣流量為0.8~4Nm3/h，氧化鋅柱材料采用304L，工作溫度為100~500°C，設(shè)計(jì)最高溫度為600°C，工作壓力為0.1~4Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa，氧化鋅柱裝填量為5L，選用一般的中溫氧化鋅脫硫劑，操作空速為160~SOOtT1，氣體中對(duì)催化劑有害的主要是硫，脫硫采用中溫干法脫硫，通過(guò)氧化鋅脫硫，可以將總硫降至0.2ppm以下。更優(yōu)選煤氣流量為2~3Nm3/h，氧化鋅柱材料選用304L，工作溫度為200~400°C，工作壓力為1.0~3.0Mpa,操作空速為300~6001 1。
[0047]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述氣水分離裝置中的水介質(zhì)換熱器E102采用板式換熱器，換熱面積為0.8m2，氣水分離器V102的體積為200L。為了實(shí)現(xiàn)完全甲烷化，提高甲烷化反應(yīng)的深度并防止其他副反應(yīng)進(jìn)行(如CO變換)，需要降低水分，固采用冷卻的方法實(shí)現(xiàn)氣水分離。
[0048]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置的參數(shù)設(shè)置如下:分子篩塔A T105和分子篩塔B T106中煤氣流量為0.8~4Nm3/h，Na0H和5A分子篩柱材料選用304L，工作溫度為35~100°C，工作壓力為0.1~4.5Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa，NaOH裝填量為2.5L，5A分子篩裝填量為2.5L，操作空速為160~80(?'更優(yōu)選煤氣流量為2~3Nm3/h，工作溫度為50~80°C，工作壓力為2~3Mpa，操作空速為400~60(?'煤氣流量由于甲烷化反應(yīng)中CO2反應(yīng)需要的H2更多，為了保證H2足夠的CO反應(yīng)，提高催化劑對(duì)CO的一次轉(zhuǎn)化率，需要提前脫碳，此裝置采用NaOH和5A分子篩混合在常溫下吸附CO2,而CO，H2和CH4可以通過(guò)。
[0049]所述三段式甲烷化反應(yīng)器裝置的參數(shù)設(shè)置如下:煤氣流量為0.8~4Nm3/h，甲烷化反應(yīng)器A R101、甲烷化反應(yīng)器B R102和甲烷化反應(yīng)器C R103的材料選用304L，工作溫度為300~700°C，設(shè)計(jì)最高溫度為800°C，工作壓力為0.1~3Mpa，設(shè)計(jì)最高壓力為5Mpa，催化劑裝填量為100ml，操作空速為8000~^OOOh—1，甲烷化反應(yīng)器A RlOl、甲烷化反應(yīng)器BR102和甲烷化反應(yīng)器C R103高徑比在6~3:1之間選擇，換熱器A E103、脫鹽水換熱器BE104、脫鹽水換熱器C E105和脫鹽水換熱器D E106選用板式換熱器，換熱面積1.5m2。更優(yōu)選的煤氣流量為I~2Nm3/h，工作溫度為400~500°C，工作壓力為0.5~2Mpa，操作空速為10000~20000h_1，反應(yīng)器高徑比在6~5:1。
[0050]所述測(cè)試平臺(tái)適用于魯奇爐、德士古爐、Shell爐或焦?fàn)t煤氣。
[0051]如圖2所示，一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試方法，將經(jīng)過(guò)分析的原料氣，計(jì)量調(diào)節(jié)后送入氣體緩沖罐V101，然后經(jīng)電加熱預(yù)熱器A XlOl加熱至200°C配入水蒸汽混合后進(jìn)入變換爐A TlOl和變換爐B T102，水蒸汽與原料氣體積比為0.2~0.7:1，將氣體中的CO轉(zhuǎn)換成H2和CO2，調(diào)整H2:C0體積比為2.9~3.1 ;然后進(jìn)入脫硫塔A T103或脫硫塔B T104，脫硫至0.2ppm以下；脫硫后的出口氣與變換爐A TlOl的進(jìn)口氣通過(guò)氣體介質(zhì)換熱器ElOl換熱，隨后經(jīng)水介質(zhì)換熱器E102換熱降溫進(jìn)入氣水分離器V102分離水分；之后進(jìn)入分子篩塔A T105或分子篩塔B T106, 5A分子篩吸附CO2至20ppm以下；達(dá)到甲烷化反應(yīng)溫度要求后送往甲烷化反應(yīng)器；預(yù)處理后的氣體經(jīng)換熱器AE103內(nèi)殼后再經(jīng)電加熱預(yù)熱器B X102，在300°C下進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器A R101，在甲烷化反應(yīng)器ARlOl內(nèi)，大部分一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲燒和水，并放出大量熱，出口氣體溫度控制在600°C以?xún)?nèi)，通過(guò)脫鹽水換熱器B E104降溫?fù)Q熱，然后再經(jīng)換熱器A E103降溫?fù)Q熱，氣體溫度降低后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器B R102，少部分的一氧化碳和氫進(jìn)一步反應(yīng)生成甲烷和水，并放熱，出口氣體與脫鹽水換熱器C E105換熱后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器C R103,甲烷化反應(yīng)器CR103的出口合成氣經(jīng)脫鹽水換熱器D E106冷卻后得到合成的甲烷氣產(chǎn)品；氣體組分測(cè)量后直接引回到工廠的火炬區(qū)點(diǎn)燃或者直接高排。[0052]具體實(shí)例
[0053]下述氣體組分均為體積百分比。
[0054]實(shí)例一
[0055]本實(shí)例使用Shell氣化爐所產(chǎn)的煤氣為氣源，其氣體組分如下表1所示:
[0056]表1
[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，其特征在于:包括能夠放置在一個(gè)集裝箱內(nèi)運(yùn)輸?shù)臍怏w組分變換及凈化部分和氣體甲烷化部分，所述氣體組分變換及凈化部分包括耐硫水煤氣變換裝置、中溫氧化鋅脫硫裝置、氣水分離裝置和NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置，所述氣體甲烷化部分為三段式甲烷化反應(yīng)器裝置； 所述耐硫水煤氣變換裝置包括和氣體緩沖罐(VlOl)連接的電加熱預(yù)熱器A (X101),電加熱預(yù)熱器A (XlOl)和水蒸汽管道連接后再和相串聯(lián)的變換爐A (TlOl)和變換爐B(T102)連接，還包括連接在電加熱預(yù)熱器(XlOl)和中溫氧化鋅脫硫裝置間的氣體介質(zhì)換熱器(ElOl)； 所述中溫氧化鋅脫硫裝置包括和變換爐B(T102)連接的兩個(gè)相并聯(lián)的脫硫塔A(T103)和脫硫塔B (T104)，其中脫硫塔A (T103)和脫硫塔B (T104)中的任意一個(gè)為備用脫硫塔，脫硫塔A (T103)和脫硫塔B (T104)中均放置氧化鋅柱； 所述氣水分離裝置包括與氣體介質(zhì)換熱器(ElOl)依次連接的水介質(zhì)換熱器(E102)和氣水分離器(V102)； 所述NaOH和5A分子篩柱脫碳裝置包括和氣水分離器(V102)連接的兩個(gè)相并聯(lián)的分子篩塔A (T105)和分子篩塔B (T106)，其中分子篩塔A (T105)和分子篩塔B (T106)中的任意一個(gè)為備用分子篩塔，分子篩塔A (T105)和分子篩塔B (T106)中均放置NaOH和5A分子篩柱； 所述三段式甲烷化反應(yīng)器裝置包括換熱器A (E103)，所述換熱器A (E103)的a 口與分子篩塔A (T105)和分子篩塔B (T106)并聯(lián)后的出口連接，換熱器A (E103)的d 口依次與電加熱預(yù)熱器B (X102)、甲烷化反應(yīng)器A (RlOl)和脫鹽水換熱器B (E104)連接，脫鹽水換熱器B (E104)的輸出端和換熱器A (E103)的c 口連接，換熱器A (E103)的b 口依次與甲烷化反應(yīng)器B (R102)、脫鹽水換熱器C (E105)、甲烷化反應(yīng)器C (R103)和脫鹽水換熱器D (E106)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，其特征在于:所述耐硫水煤氣變換裝置的變換爐A (TlOl)和變換爐B (T102)設(shè)計(jì)高度為1.2米，高徑比為4:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，其特征在于:所述氣水分離裝置中的水介質(zhì)換熱器(E102)采用板式換熱器，換熱面積為0.8m2，氣水分離器(V102)的體積為200L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可移動(dòng)式煤制合成氣甲烷化催化劑測(cè)試平臺(tái)，其特征在于:所述三段式甲烷化反應(yīng)器裝置的甲烷化反應(yīng)器A(R101)、甲烷化反應(yīng)器B(R102)和甲烷化反應(yīng)器C (R103)高徑比在6?3:1之間選擇，換熱器A (E103)、脫鹽水換熱器B (E104)、脫鹽水換熱器C (E105)和脫鹽水換熱器D (E106)選用板式換熱器，換熱面積1.5m2。
【文檔編號(hào)】C01B3/56GK203582821SQ201320520280
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】王曉龍, 肖天存, 徐越, 趙志國(guó), 許世森 申請(qǐng)人:中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司, 華能集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新中心