本實(shí)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(shí)一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過(guò)程。通過(guò)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(guò)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(shí)，通過(guò)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(jìn)行上述變換過(guò)程的變換系統(tǒng)的整體工藝通常為：粗煤氣首先經(jīng)過(guò)洗滌塔，去除大量的油、粉塵及液滴，進(jìn)入換熱器，與變換器換熱后，進(jìn)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(kāi)預(yù)變換爐進(jìn)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(jìn)入下一工段。

在煤制天然氣中，同樣會(huì)涉及到變換反應(yīng)，其主要過(guò)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(jìn)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(duì)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(jìn)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(shí)，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(jī)械強(qiáng)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(shí)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(yán)重影響了裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和長(zhǎng)周期性以及生產(chǎn)負(fù)荷的提高。

2、當(dāng)采用固定床碎煤加壓氣化技術(shù)時(shí)，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(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)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(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)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(duì)氣化所得的粗煤氣進(jìn)行洗滌除塵，得到第一洗滌氣和第一洗滌液；

至少一個(gè)洗滌塔，用于對(duì)來(lái)自所述徑流洗滌器的第一洗滌氣進(jìn)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(duì)來(lái)自所述洗滌塔的第二洗滌氣進(jìn)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(lái)自所述旋風(fēng)分離器的凈煤氣進(jìn)行加熱升溫；和

變換單元，用于使來(lái)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(shí)用新型的變換系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述的至少一個(gè)洗滌塔為并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)洗滌塔，可以同時(shí)或切換運(yùn)行，有利于保障系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、高負(fù)荷運(yùn)行。

根據(jù)本實(shí)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(lái)自所述旋風(fēng)分離器的凈煤氣與來(lái)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(lái)自第一換熱器的凈煤氣與蒸汽換熱升溫。

根據(jù)本實(shí)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(bǔ)充管，所述蒸汽補(bǔ)充管用于在來(lái)自第二換熱器的凈煤氣進(jìn)入所述變換單元前向所述凈煤氣中補(bǔ)充蒸汽，以加熱所述凈煤氣。

根據(jù)本實(shí)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(shí)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(lái)自所述徑流洗滌器的第一洗滌液、來(lái)自所述洗滌塔的第二洗滌液和來(lái)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(shí)用新型的變換系統(tǒng)具有一下優(yōu)點(diǎn)：

(1)、本實(shí)用新型的變換系統(tǒng)首先通過(guò)徑流洗滌器對(duì)粗煤氣進(jìn)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(fù)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(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行；

(2)本實(shí)用新型中，依次利用洗滌塔和旋風(fēng)分離器對(duì)經(jīng)徑流洗滌器洗滌后粗煤氣中殘留的油、水、塵等進(jìn)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(dòng)，減少了催化劑床層積煤塵，同時(shí)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(shí)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(duì)較少時(shí)，也可以保持變換爐反應(yīng)熱量恒定、系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行；

(4)本實(shí)用新型中還進(jìn)一步設(shè)有蒸汽管線，從而可以在需要時(shí)直接向待進(jìn)入預(yù)變換爐的凈煤氣中補(bǔ)入高溫的蒸汽，保障了變換系統(tǒng)的開(kāi)車(chē)及系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)的熱量補(bǔ)充，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的變換系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的示意圖；

圖2為對(duì)比例的變換系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不僅限于此。

如圖1所示，在一種實(shí)施方式中，本實(shí)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(duì)氣化所得的粗煤氣進(jìn)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(huì)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(duì)來(lái)自所述徑流洗滌器1的第一洗滌氣進(jìn)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(jìn)行洗滌除塵，比如中船圣會(huì)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(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述洗滌塔2設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)洗滌塔2之間并聯(lián)設(shè)置，從而既可以在工況惡劣的時(shí)候，切換操作，也可以同時(shí)操作，有利于保障系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定且高負(fù)荷運(yùn)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(duì)來(lái)自所述洗滌塔2的第二洗滌氣進(jìn)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(huì)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(lái)自所述旋風(fēng)分離器3的凈煤氣進(jìn)行加熱升溫，以便達(dá)到相應(yīng)的反應(yīng)溫度，從而進(jìn)入后續(xù)變換單元進(jìn)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(lái)自所述旋風(fēng)分離器3的凈煤氣與來(lái)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(lái)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(jìn)入后續(xù)變換單元的凈化氣的溫度，所述蒸汽可以來(lái)自生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的中壓蒸汽管網(wǎng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述加熱單元還設(shè)有蒸汽補(bǔ)充管43，所述蒸汽補(bǔ)充管43用于在來(lái)自第二換熱器42的凈煤氣進(jìn)入所述變換單元前向所述凈煤氣中補(bǔ)充蒸汽，從而可以在需要時(shí)直接通入蒸汽加熱所述凈煤氣，有利于進(jìn)一步保證進(jìn)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(lái)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(shí)用新型的另一種實(shí)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(lái)自所述徑流洗滌器的第一洗滌液、來(lái)自所述洗滌塔的第二洗滌液和來(lái)自所述旋風(fēng)分離器的分離物，以便處理，例如進(jìn)行進(jìn)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(yùn)行時(shí)，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(guò)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(jìn)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(jìn)入旋風(fēng)分離器3中進(jìn)行旋風(fēng)分離處理，進(jìn)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(jìn)入第一換熱器41，與來(lái)自變換單元的合成氣換熱升溫至200℃至240℃后進(jìn)入第二換熱器42，與中壓蒸汽換熱升溫至230℃至260℃后，進(jìn)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(kāi)第二換熱器42后、進(jìn)入預(yù)變換爐51前，可在系統(tǒng)不穩(wěn)定的時(shí)候向所述凈化氣中通入中壓蒸汽，以確保達(dá)到預(yù)變換反應(yīng)的溫度要求(230℃至260℃)。離開(kāi)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(lái)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(jìn)入下一合成工段以合成甲烷。

對(duì)比例

在進(jìn)行本實(shí)用新型的改造前，原變換系統(tǒng)如圖2所示，與本實(shí)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(bǔ)充管。

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

當(dāng)2014年對(duì)變換系統(tǒng)進(jìn)行本實(shí)用新型的改造后，目前生產(chǎn)負(fù)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(jì)、環(huán)保效益。

上述實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而非是對(duì)本實(shí)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(shí)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(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該由各權(quán)利要求限定。