本發(fā)明屬于整體煤氣化發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于IGCC的保護(hù)燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)變換單元催化劑的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在眾多溫室氣體減排方案中，碳捕集與封存技術(shù)是一項(xiàng)新興的、具有大規(guī)模減排潛力的技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)化石能源使用的CO₂低碳排放。

IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))是集成煤氣化與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的清潔高效發(fā)電技術(shù)，也是能夠經(jīng)濟(jì)方便地開(kāi)展CO₂捕集與封存的燃煤發(fā)電技術(shù)?；贗GCC的CO₂捕集系統(tǒng)在高壓條件下可將合成氣的CO通過(guò)變換反應(yīng)生成H₂和CO₂，從而將CO₂的濃度提高到35-45％，并且具有較高的壓力，便于CO₂的分離回收及利用，降低能耗。

煤氣變換是燃燒前CO₂捕集工藝流程的關(guān)鍵技術(shù)，在鈷鉬耐硫變換催化劑的催化作用下，將煤氣中的CO轉(zhuǎn)化為CO₂。煤氣變換過(guò)程是放熱過(guò)程，催化劑的最高使用溫度均在500℃以下。采用干煤粉加壓氣化技術(shù)的氣化爐產(chǎn)生的煤氣中CO含量高達(dá)60％左右，進(jìn)入變換過(guò)程反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量的熱量，需要向變換爐中噴入一定量的蒸汽或鍋爐水降低變換氣體溫度在500℃以下以保護(hù)催化劑的活性，蒸汽的冷凝或鍋爐水的過(guò)量加入均會(huì)導(dǎo)致催化劑粉碎失活。因此，煤氣變換過(guò)程反應(yīng)的調(diào)節(jié)及蒸汽鍋爐水的用量將直接影響燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)的能耗，催化劑的保護(hù)有利于系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種保護(hù)燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)變換單元催化劑的系統(tǒng)和方法，可實(shí)現(xiàn)變換反應(yīng)的穩(wěn)定和低能耗運(yùn)行，降低燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)的能耗水平。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

保護(hù)燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)變換單元催化劑的系統(tǒng)，包括緩沖過(guò)濾器1，緩沖過(guò)濾器1的入口連接合成氣，緩沖過(guò)濾器1的出口連接熱交換器2的冷端入口，熱交換器2的冷端出口連接高溫過(guò)濾器3的入口，熱交換器2的熱端入口連接第二變換爐6的出口，熱交換器2的熱端出口連接第一增濕器7和第二增濕器8的入口，高溫過(guò)濾器3的出口連接第一變換爐5的入口，第一變換爐5的出口連接第一增濕器7的入口，第一增濕器7的出口連接第二變換爐6的入口，第一變換爐5和第二變換爐6組成一號(hào)變換爐；第一增濕器7和第二增濕器8的入口連接脫鹽水泵15的出口，第二增濕器8的蒸汽入口連接蒸汽分離器4的出口，蒸汽分離器4的出口連接高溫過(guò)濾器3的入口，第二增濕器8的出口連接二號(hào)變換爐9的入口，二號(hào)變換爐9的出口連接冷卻器10的入口，冷卻器10的出口連接變換氣分水器11的入口，變換氣分水器11的出口連接過(guò)濾器12的入口，過(guò)濾器12的出口連接汽提塔13的入口，蒸汽通入到汽提塔13的蒸汽入口，汽提塔13的出口連接脫鹽水緩沖罐14的入口，脫鹽水緩沖罐14的脫鹽水入口連接脫鹽水管網(wǎng)，脫鹽水緩沖罐14的出口連接脫鹽水泵15；所述第一增濕器7和第二增濕器8的底部裝設(shè)溫度測(cè)量?jī)x器，并在第一增濕器7和第二增濕器8設(shè)備的蒸汽入口位置和加濕混合氣出口位置之間加裝液位測(cè)量裝置。

上述所述的保護(hù)燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)變換單元催化劑的系統(tǒng)保護(hù)催化劑的方法，IGCC系統(tǒng)氣化爐產(chǎn)生的煤氣合成氣，CO為55.85％；H₂為25.66％；CH₄為2900ppm；二氧化碳為1.76％，N2為16.7％，溫度138℃，壓力2.85MPa，首先進(jìn)入緩沖過(guò)濾器1，除去合成氣中冷凝水，進(jìn)入熱交換器2與一號(hào)變換爐出口氣體換熱升溫并與中壓蒸汽混合經(jīng)高溫過(guò)濾器3后，進(jìn)入第一變換爐5的入口，氣體溫度為200℃以上，第一變換爐5出口的溫度382℃以上的氣體經(jīng)第一增濕器7換熱增濕后進(jìn)入第二變換爐6的入口，第二變換爐6入口溫度為200℃以上，第二變換爐6出口溫度為370℃以上，反應(yīng)氣在熱交換器2經(jīng)熱回收后經(jīng)第二增濕器8噴霧增濕進(jìn)入二號(hào)變換爐9的入口，二號(hào)變換爐9入口出口溫度為180℃以上，出二號(hào)變換爐9的溫度為265℃以上的反應(yīng)氣經(jīng)冷卻器10降溫和變換氣分水器11后，降低為溫度40℃、壓力～2.5Mpa的氣體進(jìn)入后續(xù)脫硫脫碳工序；變換氣分水器11分離的冷凝液經(jīng)過(guò)過(guò)濾器12過(guò)濾、汽提塔13氣提后補(bǔ)入脫鹽水緩沖罐14，再由脫鹽水泵15返回增濕器作為增濕使用。

變換系統(tǒng)調(diào)試初期，由于進(jìn)氣量未達(dá)到滿負(fù)荷，而催化劑裝填量是按照滿負(fù)荷計(jì)算裝填的，因此調(diào)試初期催化劑相對(duì)過(guò)量，變換反應(yīng)深度高，反應(yīng)劇烈，放出大量的熱量，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)帶走，必然會(huì)導(dǎo)致催化劑床層超溫。一般采用向變換爐中加入蒸汽或噴水減溫的辦法降低反應(yīng)溫度，但蒸汽和水均為反應(yīng)物，減溫水與變換氣混合過(guò)程中會(huì)直接氣化成蒸汽而變?yōu)榉磻?yīng)物參與變換反應(yīng)，導(dǎo)致床層溫度繼續(xù)身高。蒸汽或減溫水投入過(guò)量會(huì)使催化劑床層溫度下降，但過(guò)量的蒸汽有可能冷凝與減溫水沉積在催化劑層，造成催化劑長(zhǎng)時(shí)間浸泡而失效。所述第一增濕器7和第二增濕器8的底部裝設(shè)溫度測(cè)量?jī)x器，并在第一增濕器7和第二增濕器8設(shè)備的蒸汽入口位置和加濕混合氣出口位置之間加裝液位測(cè)量裝置。第一增濕器7和第二增濕器8底部溫度測(cè)量?jī)x器顯示的溫度數(shù)值應(yīng)為噴入蒸汽后與變換氣混合的溫度值，而且該值必須高于混合氣出口的溫度值，這樣的溫度測(cè)量結(jié)果才能保證增濕器中噴入的蒸汽適量，利于催化劑的保護(hù)和變換反應(yīng)的穩(wěn)定。液位測(cè)量裝置能夠直接顯示增濕器內(nèi)水位情況，判斷蒸汽與變換氣混合以及噴水減溫后變換混合氣的含水情況。

運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)增濕器底部溫度值與增濕器變換混合氣出口溫度值，要求增濕器底部溫度應(yīng)高于增濕器變換混合氣出口溫度值。同時(shí)，要求增濕器水位不能高于抹沫板。如果溫度與水位均與所述要求相反，則說(shuō)明蒸汽冷凝或鍋爐水加濕過(guò)量導(dǎo)致過(guò)多的冷凝水帶入變換爐，使催化劑遇水浸泡后失活。

防止催化劑床層超溫和催化劑浸泡，具體方法是在變換系統(tǒng)調(diào)試初期，為防止第一變換爐5超溫，將第一變換爐5兩段設(shè)置，催化劑分兩層裝填，每部分的催化劑量所對(duì)應(yīng)的氣量相當(dāng)于50％負(fù)荷時(shí)的氣量。當(dāng)氣量為半負(fù)荷以下至半負(fù)荷時(shí)，原料氣進(jìn)第一變換爐5的下段催化劑層，當(dāng)氣量超過(guò)半負(fù)荷時(shí)，原料氣逐次進(jìn)入第一變換爐5的上段和下段催化劑層逐漸到滿負(fù)荷氣量。為防止催化劑床層超溫，在第一變換爐5入口增設(shè)激冷管線，激冷氣可為未預(yù)熱的新鮮煤氣、IGCC系統(tǒng)中壓氮?dú)饣蛘吖I(yè)CO₂氣體，在超溫時(shí)通入激冷氣將催化劑床層溫度降到正常水平。也可在第一變換爐5和第二變換爐6出口增設(shè)放空管線至火炬，當(dāng)催化劑床層超溫時(shí)，直接打開(kāi)放空管線閥門(mén)，通過(guò)增大新鮮煤氣流速降低催化劑床層溫度到正常值。在變換系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行期間嚴(yán)格控制變換爐各段入口溫度和水汽比，第一變換爐5的入口溫度200℃，水汽比0.2，第二變換爐6入口溫度200℃，水汽比0.3，二號(hào)變換爐9入口溫度200℃，水汽比0.26，這樣能保證變換爐內(nèi)的催化劑床層溫度低于400℃，保證催化劑在設(shè)計(jì)溫度條件發(fā)生反應(yīng)，從而保護(hù)催化劑的使用壽命。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)基于IGCC的燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)中煤氣變換工藝流程增濕器溫度水位的監(jiān)控，以及調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)的調(diào)節(jié)，達(dá)到對(duì)變換催化劑保護(hù)的目的，以延長(zhǎng)變換催化劑的使用壽命。

2、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)及流程示意圖。

圖2為變換氣蒸汽減溫水監(jiān)測(cè)設(shè)備位置示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明保護(hù)燃燒前CO₂捕集系統(tǒng)變換單元催化劑的系統(tǒng)，包括緩沖過(guò)濾器1，緩沖過(guò)濾器1的入口連接合成氣，緩沖過(guò)濾器1的出口連接熱交換器2的冷端入口，熱交換器2的冷端出口連接高溫過(guò)濾器3的入口，熱交換器2的熱端入口連接第二變換爐6的出口，熱交換器2的熱端出口連接第一增濕器7和第二增濕器8的入口，高溫過(guò)濾器3的出口連接第一變換爐5的入口，第一變換爐5的出口連接第一增濕器7的入口，第一增濕器7的出口連接第二變換爐6的入口，第一變換爐5和第二變換爐6組成一號(hào)變換爐；第一增濕器7和第二增濕器8的入口連接脫鹽水泵15的出口，第二增濕器8的蒸汽入口連接蒸汽分離器4的出口，蒸汽分離器4的出口連接高溫過(guò)濾器3的入口，第二增濕器8的出口連接二號(hào)變換爐9的入口，二號(hào)變換爐9的出口連接冷卻器10的入口，冷卻器10的出口連接變換氣分水器11的入口，變換氣分水器11的出口連接過(guò)濾器12的入口，過(guò)濾器12的出口連接汽提塔13的入口，蒸汽通入到汽提塔13的蒸汽入口，汽提塔13的出口連接脫鹽水緩沖罐14的入口，脫鹽水緩沖罐14的脫鹽水入口連接脫鹽水管網(wǎng)，脫鹽水緩沖罐14的出口連接脫鹽水泵15。

IGCC系統(tǒng)氣化爐產(chǎn)生的煤氣合成氣，CO為55.85％；H₂為25.66％；CH₄為2900ppm；二氧化碳為1.76％，N2為16.7％，溫度138℃，壓力2.85MPa，首先進(jìn)入緩沖過(guò)濾器1，除去合成氣中冷凝水，進(jìn)入熱交換器2與一號(hào)變換爐出口氣體換熱升溫并與中壓蒸汽混合經(jīng)高溫過(guò)濾器3后，進(jìn)入第一變換爐5的入口，氣體溫度為200℃以上，第一變換爐5出口的溫度382℃以上的氣體經(jīng)第一增濕器7換熱增濕后進(jìn)入第二變換爐6的入口，第二變換爐6入口溫度為200℃以上，第二變換爐6出口溫度為370℃以上，反應(yīng)氣在熱交換器2經(jīng)熱回收后經(jīng)第二增濕器8噴霧增濕進(jìn)入二號(hào)變換爐9的入口，二號(hào)變換爐9入口出口溫度為180℃以上，出二號(hào)變換爐9的溫度為265℃以上的反應(yīng)氣經(jīng)冷卻器10降溫和變換氣分水器11后，降低為溫度40℃、壓力～2.5Mpa的氣體進(jìn)入后續(xù)脫硫脫碳工序；變換氣分水器11分離的冷凝液經(jīng)過(guò)過(guò)濾器12過(guò)濾、汽提塔13氣提后補(bǔ)入脫鹽水緩沖罐14，再由脫鹽水泵15返回增濕器作為增濕使用。

在變換系統(tǒng)調(diào)試初期，為防止第一變換爐5中催化劑床層超溫，將第一變換爐5催化劑床層分兩段設(shè)置，催化劑分兩層裝填，每部分的催化劑量所對(duì)應(yīng)的氣量相當(dāng)于50％負(fù)荷時(shí)的氣量。當(dāng)氣量為半負(fù)荷以下至半負(fù)荷時(shí)，原料氣進(jìn)入第一變換爐5的下段催化劑層，當(dāng)氣量超過(guò)半負(fù)荷時(shí)，原料氣逐次進(jìn)入第一變換爐5的上段和下段催化劑層逐漸到滿負(fù)荷氣量。為防止催化劑床層超溫，在第一變換爐5入口增設(shè)激冷管線，激冷氣可為未預(yù)熱的新鮮煤、IGCC系統(tǒng)中壓氮?dú)饣蛘吖I(yè)CO₂氣體，在超溫時(shí)通入激冷氣將催化劑床層溫度降到正常水平，如圖1所示。也可在第一變換爐5和第二變換爐6出口增設(shè)放空管線至火炬總管，當(dāng)催化劑床層超溫時(shí)，直接打開(kāi)放空管線閥門(mén)，通過(guò)增大新鮮煤氣流速降低催化劑床層溫度到正常值。

變換系統(tǒng)調(diào)試初期，為防止催化劑超溫監(jiān)測(cè)第一增濕器7和第二增濕器8內(nèi)蒸汽與減溫水是否噴入過(guò)量，在第一增濕器7和第二增濕器8的底部裝設(shè)溫度測(cè)量?jī)x器(溫度傳感器)，并在第一增濕器7和第二增濕器8設(shè)備的蒸汽入口位置和加濕混合氣出口位置之間加裝液位測(cè)量裝置(液位計(jì))，如圖2所示。第一增濕器7和第二增濕器8底部溫度測(cè)量?jī)x器顯示的溫度數(shù)值應(yīng)為噴入蒸汽后與變換氣混合的溫度值，而且該值必須高于混合氣出口的溫度值，這樣的溫度測(cè)量結(jié)果才能保證加濕器中噴入的蒸汽適量，利于催化劑的保護(hù)和變換反應(yīng)的穩(wěn)定。液位測(cè)量裝置能夠直接顯示增濕器內(nèi)水位情況，判斷蒸汽與變換氣混合以及噴水減溫后變換混合氣的含水情況。調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)第一增濕器7和第二增濕器8底部溫度值與增濕器變換混合氣出口溫度值，要求第一增濕器7和第二增濕器8底部溫度應(yīng)高于增濕器變換混合氣出口溫度值。同時(shí)，要求第一增濕器7和第二增濕器8水位不能高于抹沫板。如果溫度與水位均與所述要求相反，則說(shuō)明蒸汽冷凝或鍋爐水加濕過(guò)量導(dǎo)致過(guò)多的冷凝水帶入變換爐，使催化劑遇水浸泡后失活，應(yīng)及時(shí)采取排水措施，將溫度和液位控制在要求的正常水平。

在變換系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行期間嚴(yán)格控制變換爐各段入口溫度和水汽比，第一變換爐5的入口溫度200℃，水汽比0.2；第二變換爐6入口溫度200℃，水汽比0.3；二號(hào)變換爐9入口溫度200℃，水汽比0.26；最終變換氣中CO達(dá)到1.63％，CO變換率達(dá)到95.1％，這樣保證變換爐內(nèi)的催化劑床層溫度低于400℃，保證催化劑在設(shè)計(jì)溫度條件發(fā)生反應(yīng)，從而保護(hù)催化劑的使用壽命。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。