一种用于煤制天然气的变换装置及变换方法

摘要

本发明公开了一种用于煤制天然气的变换装置及变换方法，该装置包括：依次连接的原料过滤器、复合式变换反应器、锅炉给水预热器、除盐水预热器、水冷器和气液分离器；所述复合式变换反应器内的上部为等温催化剂床层，下部为绝热固定催化剂床层，中部为缠绕式换热管，所述原料过滤器的出口与所述缠绕式换热管的入口相连接，所述缠绕式换热管的出口与所述等温催化剂床层的入口相连，所述绝热固定催化剂床层的出口与锅炉给水预热器连接。本发明的方案减少了变换反应器的设置，减少了压力降，有效简化了换热流程及设备占地。

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，更具体地，涉及一种用于煤制天然气的变换装置及变换方法。

背景技术

变换装置是煤制天然气工艺流程中重要的环节，主要作用是根据下游装置的需要调整氢碳比例。现有变换装置绝大部分采用多段绝热固定床反应器，并设置多台换热器回收反应热量，流程繁琐，装置压力降增加，加大了下游净化装置和天然气压缩的能耗和成本。

因此，有必要提供一种用于煤制天然气的变换装置及变换方法，能克服现有技术中的缺点，简化流程、减少变换反应器和换热器的设置。

发明内容

本发明的目的是解决当前变换装置和工艺存在的问题，通过结合绝热固定床反应器、等温反应器、缠绕式换热管的特点及优势，简化了流程，加深反应平衡，减少变换反应器、换热器的设置。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面提供一种用于煤制天然气的变换装置，该装置包括：

依次连接的原料过滤器、复合式变换反应器、锅炉给水预热器、除盐水预热器、水冷器和气液分离器；

所述复合式变换反应器内的上部为等温催化剂床层，下部为绝热固定催化剂床层，中部为缠绕式换热管，

所述原料过滤器的出口与所述缠绕式换热管的入口相连接，所述缠绕式换热管的出口与所述等温催化剂床层的入口相连，所述绝热固定催化剂床层的出口与锅炉给水预热器连接。

根据本发明的另一方面提供一种采用本发明的变换装置的变换方法，该变换方法包括如下步骤：

原料气过滤：原料气经过原料过滤器过滤后分为第一部分原料气和第二部分原料气；

第一变换反应：所述第一部分原料气通过所述缠绕式换热管换热升温后进入所述等温催化剂床层发生第一变换反应，形成高温气并发生中压蒸汽；

第二变换反应：所述高温气通过所述缠绕式换热管换热降温后进入所述绝热固定催化剂床层发生第二变换反应；

生成产品气：经过所述第二变换反应的高温气通过所述锅炉给水预热器放热后与第二部分原料气混合，然后依次通过所述除盐水预热器、水冷器和气液分离器，获得产品气。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)用于煤制天然气的变换反应器集成了绝热固定催化剂床层、缠绕式换热管及等温变换催化剂床层，有效简化了换热流程及设备占地；

(2)因为采用了列管式等温变换催化剂床层，利于加大变换反应平衡深度，进一步减少变换反应器的设置，减少了压力降；

上述的所有优点使得本发明与传统技术方法比较，具有更高的经济效益，更低的综合能耗，更小的设备尺寸。本发明尤其适用于煤气化合成气制取替代天然气的变换装置。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的变换方法的变换工艺流程图。

附图标记说明

1、原料过滤器 2、复合式变换反应器 3、锅炉给水预热器 4、除盐水换热器 5、水冷器 6、气液分离器 7、原料气 8、第一部分原料气 9、第二部分原料气 10、流量控制阀11、氢碳比控制信号 12、锅炉给水 13、中压蒸汽 14、等温催化剂床层 15、缠绕式换热管16、绝热固定催化剂床层 17、产品气

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的变换方法的变换工艺流程图。

如图1所示，根据本发明的一方面提供了一种用于煤制天然气的变换装置，该装置包括：

依次连接的原料过滤器1、复合式变换反应器2、锅炉给水预热器3、除盐水预热器4、水冷器5和气液分离器6；

所述复合式变换反应器2内的上部为等温催化剂床层14，下部为绝热固定催化剂床层16，中部为缠绕式换热管15，

所述原料过滤器1的出口与所述缠绕式换热管15的入口相连接，所述缠绕式换热管15的出口与所述等温催化剂床层14的入口相连，所述绝热固定催化剂床层16的出口与锅炉给水预热器3连接。

根据本发明，优选地，所述缠绕式换热管15和所述绝热固定催化剂床层16的直径均大于所述等温催化剂床层14的直径。

由于所述等温催化剂床层14的出口温度相对较低，为了在缠绕式换热管15中预热至要求的入口温度，需要较大的换热面积，因此选择增加缠绕式换热管15的直径，这样有利于降低系统压降。

根据本发明，优选地，其中，所述等温催化剂床层14为列管式固定床，其列管内为锅炉给水12，列管外为催化剂床层。

根据本发明，列管内为锅炉给水12可以通过第一变换反应产生的热量发生中压蒸汽13，进而控制第一变换反应的终温。

因为采用了列管式等温变换催化剂床层，利于加大变换反应平衡深度，进一步减少变换反应器的设置，减少了压力降。

根据本发明，优选地，所述原料过滤器1的出口还通过管线与所述除盐水预热器4的入口连接。第二部分原料气9通过此管线直接进入所述除盐水预热器4。

根据本发明，优选地，所述管线上设置有流量控制阀10。所述流量控制阀10用于控制第二部分原料气9的流量。

根据本发明的另一方面提供了一种采用本发明的变换装置的变换方法，该变换方法包括如下步骤：

原料气过滤：原料气7经过原料过滤器1过滤后分为第一部分原料气8和第二部分原料气9；

所述原料过滤器1用于去除原料气7中夹带的固体颗粒杂质，避免堵塞下游设备、降低催化剂活性和寿命。

第一变换反应：所述第一部分原料气8通过所述缠绕式换热管15换热升温后进入所述等温催化剂床层14发生第一变换反应，形成高温气并发生中压蒸汽13；

作为优选方案，所述第一部分原料气8通过所述缠绕式换热管15与第一变换反应形成的高温气进行换热升温。

本发明通过发生中压蒸汽13控制所述第一变换反应的终温。

第二变换反应：所述高温气通过所述缠绕式换热管15换热降温后进入所述绝热固定催化剂床层16发生第二变换反应；

作为优选方案，所述高温气通过所述缠绕式换热管15与第一部分原料气8进行换热降温。

生成产品气：经过所述第二变换反应的高温气通过所述锅炉给水预热器3放热后与第二部分原料气9混合，然后依次通过所述除盐水预热器4、水冷器5和气液分离器6，获得产品气17。

本发明的气液分离器6用于分离出气相的产品气17。

根据本发明，优选地，所述等温催化剂床层14的入口温度为220-320℃，出口温度为300-400℃。

根据本发明，优选地，所述绝热固定催化剂床层16的入口温度为200-300℃。

根据本发明，优选地，所述第二部分原料气9的流量根据下游单元的氢碳比信号11进行控制。具体的，所述氢碳比信号11通过流量控制阀控制所述第二部分原料气9的流量。

优选地，所述第二部分原料气9的流量占原料气7总量的5％-40％。

实施例1

来自上游气化元的新鲜原料气，特征组成为：H₂，24.2mol％，CO，31.1mol％，CO₂，15.1mol％，CH₄，2.09mol％，N₂，0.23mol％，H2O，27.28mol％。温度186℃。

如图1所示，本发明通过了一种采用本发明的变换装置的变换方法，该变换方法包括如下步骤：

原料气过滤：原料气7经过原料过滤器1过滤后分为第一部分原料气8和第二部分原料气9；第一部分原料气8占原料气7总量的75％；

第一变换反应：所述第一部分原料气8通过所述缠绕式换热管15与高温气换热升温后，温度达到250℃，然后进入所述等温催化剂床层14发生第一变换反应，形成高温气并发生中压蒸汽13，通过发生4.0MPa中压蒸汽13控制第一变换反应终温在300℃；

第二变换反应：所述高温气通过所述缠绕式换热管15与第一部分原料气8换热降温，温度降至240℃后进入所述绝热固定催化剂床层16发生第二变换反应；

生成产品气：经过所述第二变换反应的高温气，温度为260℃，通过所述锅炉给水预热器3放热后与第二部分原料气9混合，然后依次通过所述除盐水预热器4、水冷器5和气液分离器6，获得产品气17。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。