[发明专利]一种煤制天然气变换工艺系统

说明书

本发明公开一种高效煤制天然气变换工艺系统，属于能源与化工技术领域。本发明工艺为两段低温耐硫变换工艺，催化剂为钴钼系CO耐硫变换催化剂。工艺系统采用部分CO变换工艺，即一部分原料气进入变换炉进行反应，另一部分走旁路。原料气经过预热后依次进入预变炉、主变炉进行CO变换反应。出主变炉的高温变换气通过梯级利用原则用于预热原料气和副产蒸汽，低温余热用于预热锅炉给水，低于60℃变换气通过循环冷却水冷却。本发明采用先进的能量集成技术实现煤制天然气变换单元能量的梯级利用，可有效提高系统的总体能效。

技术领域

本发明属于能源与化工技术领域，具体涉及一种煤制天然气变换工艺系统。

背景技术

我国作为一个“富煤、贫油、少气”的国家，煤炭在我国能效消费中一直占有主要地位。但是天然气作为一种清洁能源，其消费量呈逐年上升的趋势，从2004到2014年间，我国天然气消费量以每年16％的速度增长，到2014年天然气年消费量已达1800亿m³。根据国务院《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》，到2020年天然气在我国一次能源消费中的比重将提高到10％以上，年天然气消费达3000亿～3600亿立方米。而届时我国常规天然气年产量只有1650亿～1750亿立方米，加上页岩气和煤层气产量400～600亿m³，我国天然气供应仍将出现较大的缺口。

在我国天然气供应能力有限、不能满足天然气需求的背景下，近年来国内很多企业开始考虑发展煤制天然气(SNG)项目，国家层面也在积极推动SNG项目的升级示范。截止到2014年，国家发改委予以核准和启动前期工作的煤制天然气项目达12个，总产能共计875亿立方米/年，其中已建项目4个，合计产能为31亿立方米/年。

我国煤制天然气经过“十一五”和“十二五”时期的发展，核心工艺上已有了突破性进展，但是总体能效仅达到54％左右，能耗仍相对较大。变换单元作为煤制天然气工艺的一个中间环节，起到调整氢碳比的作用，同时回收变换工艺余热，副产蒸汽用于其他工艺的加热过程，有助于提高能效。目前针对变换单元的研究主要集中在催化剂的研发上，而针对工艺过程的研究较少。

变换单元工艺的选择受到气化炉的影响，煤制天然气过程气化炉一般选择鲁奇炉，本发明专利为针对配套鲁奇加压气化的变换工艺系统。耐硫变换工艺是煤制天然气变换过程应用最为广泛的工艺，催化剂为Co-Mo系宽温耐硫变换催化剂。

一氧化碳变换反应是一个可逆的气固相催化反应，正反应为放热反应。降低反应温度和提高水蒸气浓度都有利于反应向正方向进行，但是温度过低致使反应速率过低。适宜的反应温度对变换反应至关重要。变换反应作为一个强放热反应，煤制天然气过程一般采用两段变换绝热固定床反应器，流程中需要配置两台预变反应器和一台主变反应器，同时配有多台换热器回收工艺余热用于副产蒸汽。目前运行示范项目总体运行平稳，但是流程结构不尽合理，系统效率较低。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种煤制天然气变换工艺系统。该工艺流程采用先进的能量集成技术实现煤制天然气变换单元能量的梯级利用，从而提高系统的总体能效。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

本技术方案采用两段式低温耐硫变换工艺。变换工艺采用的催化剂为钴钼系CO耐硫变换催化剂。

变换系统采用部分变换工艺，即一部分原料气进入变换炉(预变炉和主变炉)进行反应，另一部分走旁路，进入变换炉反应器的原料气比例为20％～35％，原料气经预热到240～330℃进入预变炉、主变炉反应，高温变换气通过气气换热器预热原料气和副产蒸汽，低温余热用于预热锅炉给水，低于60℃变换气通过循环冷却水冷却至40℃左右。

工艺的原料气为鲁奇加压气化产生的粗煤气，粗煤气经过洗涤后达到饱和状态，变换过程中并不另补充水蒸气。