保护燃烧前CO2捕集系统变换单元催化剂的系统的制作方法

本实用新型属于整体煤气化发电技术领域，尤其涉及一种基于IGCC的保护燃烧前CO₂捕集系统变换单元催化剂的系统。

背景技术：

在众多温室气体减排方案中，碳捕集与封存技术是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，有望实现化石能源使用的CO₂低碳排放。

IGCC(整体煤气化联合循环)是集成煤气化与燃气轮机联合循环的清洁高效发电技术，也是能够经济方便地开展CO₂捕集与封存的燃煤发电技术。基于IGCC的CO₂捕集系统在高压条件下可将合成气的CO通过变换反应生成H₂和CO₂，从而将CO₂的浓度提高到35-45％，并且具有较高的压力，便于CO₂的分离回收及利用，降低能耗。

煤气变换是燃烧前CO₂捕集工艺流程的关键技术，在钴钼耐硫变换催化剂的催化作用下，将煤气中的CO转化为CO₂。煤气变换过程是放热过程，催化剂的最高使用温度均在500℃以下。采用干煤粉加压气化技术的气化炉产生的煤气中CO含量高达60％左右，进入变换过程反应剧烈，产生大量的热量，需要向变换炉中喷入一定量的蒸汽或锅炉水降低变换气体温度在500℃以下以保护催化剂的活性，蒸汽的冷凝或锅炉水的过量加入均会导致催化剂粉碎失活。因此，煤气变换过程反应的调节及蒸汽锅炉水的用量将直接影响燃烧前CO₂捕集系统的能耗，催化剂的保护有利于系统的长周期稳定运行。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种保护燃烧前CO₂捕集系统变换单元催化剂的系统，可实现变换反应的稳定和低能耗运行，降低燃烧前CO₂捕集系统的能耗水平。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

保护燃烧前CO₂捕集系统变换单元催化剂的系统，包括缓冲过滤器1，缓冲过滤器1的入口连接合成气，缓冲过滤器1的出口连接热交换器2的冷端入口，热交换器2的冷端出口连接高温过滤器3的入口，热交换器2的热端入口连接第二变换炉6的出口，热交换器2的热端出口连接第一增湿器7和第二增湿器8的入口，高温过滤器3的出口连接第一变换炉5的入口，第一变换炉5的出口连接第一增湿器7的入口，第一增湿器7的出口连接第二变换炉6的入口，第一变换炉5和第二变换炉6组成一号变换炉；第一增湿器7和第二增湿器8的入口连接脱盐水泵15的出口，第二增湿器8的蒸汽入口连接蒸汽分离器4的出口，蒸汽分离器4的出口连接高温过滤器3的入口，第二增湿器8的出口连接二号变换炉9的入口，二号变换炉9的出口连接冷却器10的入口，冷却器10的出口连接变换气分水器11的入口，变换气分水器11的出口连接过滤器12的入口，过滤器12的出口连接汽提塔13的入口，蒸汽通入到汽提塔13的蒸汽入口，汽提塔13的出口连接脱盐水缓冲罐14的入口，脱盐水缓冲罐14的脱盐水入口连接脱盐水管网，脱盐水缓冲罐14的出口连接脱盐水泵15；所述第一增湿器7和第二增湿器8的底部装设温度测量仪器，并在第一增湿器7和第二增湿器8设备的蒸汽入口位置和加湿混合气出口位置之间加装液位测量装置。

上述所述的保护燃烧前CO₂捕集系统变换单元催化剂的系统保护催化剂的方法，IGCC系统气化炉产生的煤气合成气，CO为55.85％；H₂为25.66％；CH₄为2900ppm；二氧化碳为1.76％，N2为16.7％，温度138℃，压力2.85MPa，首先进入缓冲过滤器1，除去合成气中冷凝水，进入热交换器2与一号变换炉出口气体换热升温并与中压蒸汽混合经高温过滤器3后，进入第一变换炉5的入口，气体温度为200℃以上，第一变换炉5出口的温度382℃以上的气体经第一增湿器7换热增湿后进入第二变换炉6的入口，第二变换炉6入口温度为200℃以上，第二变换炉6出口温度为370℃以上，反应气在热交换器2经热回收后经第二增湿器8喷雾增湿进入二号变换炉9的入口，二号变换炉9入口出口温度为180℃以上，出二号变换炉9的温度为265℃以上的反应气经冷却器10降温和变换气分水器11后，降低为温度40℃、压力～2.5Mpa的气体进入后续脱硫脱碳工序；变换气分水器11分离的冷凝液经过过滤器12过滤、汽提塔13气提后补入脱盐水缓冲罐14，再由脱盐水泵15返回增湿器作为增湿使用。

变换系统调试初期，由于进气量未达到满负荷，而催化剂装填量是按照满负荷计算装填的，因此调试初期催化剂相对过量，变换反应深度高，反应剧烈，放出大量的热量，如果产生的热量不能及时带走，必然会导致催化剂床层超温。一般采用向变换炉中加入蒸汽或喷水减温的办法降低反应温度，但蒸汽和水均为反应物，减温水与变换气混合过程中会直接气化成蒸汽而变为反应物参与变换反应，导致床层温度继续身高。蒸汽或减温水投入过量会使催化剂床层温度下降，但过量的蒸汽有可能冷凝与减温水沉积在催化剂层，造成催化剂长时间浸泡而失效。所述第一增湿器7和第二增湿器8的底部装设温度测量仪器，并在第一增湿器7和第二增湿器8设备的蒸汽入口位置和加湿混合气出口位置之间加装液位测量装置。第一增湿器7和第二增湿器8底部温度测量仪器显示的温度数值应为喷入蒸汽后与变换气混合的温度值，而且该值必须高于混合气出口的温度值，这样的温度测量结果才能保证增湿器中喷入的蒸汽适量，利于催化剂的保护和变换反应的稳定。液位测量装置能够直接显示增湿器内水位情况，判断蒸汽与变换气混合以及喷水减温后变换混合气的含水情况。

运行过程中严格监测增湿器底部温度值与增湿器变换混合气出口温度值，要求增湿器底部温度应高于增湿器变换混合气出口温度值。同时，要求增湿器水位不能高于抹沫板。如果温度与水位均与所述要求相反，则说明蒸汽冷凝或锅炉水加湿过量导致过多的冷凝水带入变换炉，使催化剂遇水浸泡后失活。

防止催化剂床层超温和催化剂浸泡，具体方法是在变换系统调试初期，为防止第一变换炉5超温，将第一变换炉5催化剂床层两段设置，催化剂分两层装填，每部分的催化剂量所对应的气量相当于50％负荷时的气量。当气量为半负荷以下至半负荷时，原料气进第一变换炉5的下段催化剂层，当气量超过半负荷时，原料气逐次进入第一变换炉5的上段和下段催化剂层逐渐到满负荷气量。为防止催化剂床层超温，在第一变换炉5入口增设激冷管线，激冷气可为未预热的新鲜煤气、IGCC系统中压氮气或者工业CO₂气体，在超温时通入激冷气将催化剂床层温度降到正常水平。也可在第一变换炉5和第二变换炉6出口增设放空管线至火炬总管，当催化剂床层超温时，直接打开放空管线阀门，通过增大新鲜煤气流速降低催化剂床层温度到正常值。在变换系统正常稳定运行期间严格控制变换炉各段入口温度和水汽比，第一变换炉5的入口温度200℃，水汽比0.2，第二变换炉6入口温度200℃，水汽比0.3，二号变换炉9入口温度200℃，水汽比0.26，这样能保证变换炉内的催化剂床层温度低于400℃，保证催化剂在设计温度条件发生反应，从而保护催化剂的使用寿命。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过对基于IGCC的燃烧前CO₂捕集系统中煤气变换工艺流程增湿器温度水位的监控，以及调试运行过程中参数的调节，达到对变换催化剂保护的目的，以延长变换催化剂的使用寿命。

2、本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述。

附图说明

图1为本实用新型系统及流程示意图。

图2为变换气蒸汽减温水监测设备位置示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型保护燃烧前CO₂捕集系统变换单元催化剂的系统，包括缓冲过滤器1，缓冲过滤器1的入口连接合成气，缓冲过滤器1的出口连接热交换器2的冷端入口，热交换器2的冷端出口连接高温过滤器3的入口，热交换器2的热端入口连接第二变换炉6的出口，热交换器2的热端出口连接第一增湿器7和第二增湿器8的入口，高温过滤器3的出口连接第一变换炉5的入口，第一变换炉5的出口连接第一增湿器7的入口，第一增湿器7的出口连接第二变换炉6的入口，第一变换炉5和第二变换炉6组成一号变换炉；第一增湿器7和第二增湿器8的入口连接脱盐水泵15的出口，第二增湿器8的蒸汽入口连接蒸汽分离器4的出口，蒸汽分离器4的出口连接高温过滤器3的入口，第二增湿器8的出口连接二号变换炉9的入口，二号变换炉9的出口连接冷却器10的入口，冷却器10的出口连接变换气分水器11的入口，变换气分水器11的出口连接过滤器12的入口，过滤器12的出口连接汽提塔13的入口，蒸汽通入到汽提塔13的蒸汽入口，汽提塔13的出口连接脱盐水缓冲罐14的入口，脱盐水缓冲罐14的脱盐水入口连接脱盐水管网，脱盐水缓冲罐14的出口连接脱盐水泵15。

IGCC系统气化炉产生的煤气合成气，CO为55.85％；H₂为25.66％；CH₄为2900ppm；二氧化碳为1.76％，N2为16.7％，温度138℃，压力2.85MPa，首先进入缓冲过滤器1，除去合成气中冷凝水，进入热交换器2与一号变换炉出口气体换热升温并与中压蒸汽混合经高温过滤器3后，进入第一变换炉5的入口，气体温度为200℃以上，第一变换炉5出口的温度382℃以上的气体经第一增湿器7换热增湿后进入第二变换炉6的入口，第二变换炉6入口温度为200℃以上，第二变换炉6出口温度为370℃以上，反应气在热交换器2经热回收后经第二增湿器8喷雾增湿进入二号变换炉9的入口，二号变换炉9入口出口温度为180℃以上，出二号变换炉9的温度为265℃以上的反应气经冷却器10降温和变换气分水器11后，降低为温度40℃、压力～2.5Mpa的气体进入后续脱硫脱碳工序；变换气分水器11分离的冷凝液经过过滤器12过滤、汽提塔13气提后补入脱盐水缓冲罐14，再由脱盐水泵15返回增湿器作为增湿使用。

在变换系统调试初期，为防止第一变换炉5中催化剂床层超温，将第一变换炉5催化剂床层分两段设置，催化剂分两层装填，每部分的催化剂量所对应的气量相当于50％负荷时的气量。当气量为半负荷以下至半负荷时，原料气进入第一变换炉5的下段催化剂层，当气量超过半负荷时，原料气逐次进入第一变换炉5的上段和下段催化剂层逐渐到满负荷气量。为防止催化剂床层超温，在第一变换炉5入口增设激冷管线，激冷气可为未预热的新鲜煤气、IGCC系统中压氮气或者工业CO₂气体，在超温时通入激冷气将催化剂床层温度降到正常水平，如图1所示。也可在第一变换炉5和第二变换炉6出口增设放空管线至火炬总管，当催化剂床层超温时，直接打开放空管线阀门，通过增大新鲜煤气流速降低催化剂床层温度到正常值。

变换系统调试初期，为防止催化剂超温监测第一增湿器7和第二增湿器8内蒸汽与减温水是否喷入过量，在第一增湿器7和第二增湿器8的底部装设温度测量仪器(温度传感器)，并在第一增湿器7和第二增湿器8设备的蒸汽入口位置和加湿混合气出口位置之间加装液位测量装置(液位计)，如图2所示。第一增湿器7和第二增湿器8底部温度测量仪器显示的温度数值应为喷入蒸汽后与变换气混合的温度值，而且该值必须高于混合气出口的温度值，这样的温度测量结果才能保证加湿器中喷入的蒸汽适量，利于催化剂的保护和变换反应的稳定。液位测量装置能够直接显示增湿器内水位情况，判断蒸汽与变换气混合以及喷水减温后变换混合气的含水情况。调试运行过程中严格监测第一增湿器7和第二增湿器8底部温度值与增湿器变换混合气出口温度值，要求第一增湿器7和第二增湿器8底部温度应高于增湿器变换混合气出口温度值。同时，要求第一增湿器7和第二增湿器8水位不能高于抹沫板。如果温度与水位均与所述要求相反，则说明蒸汽冷凝或锅炉水加湿过量导致过多的冷凝水带入变换炉，使催化剂遇水浸泡后失活，应及时采取排水措施，将温度和液位控制在要求的正常水平。

在变换系统正常稳定运行期间严格控制变换炉各段入口温度和水汽比，第一变换炉5的入口温度200℃，水汽比0.2；第二变换炉6入口温度200℃，水汽比0.3；二号变换炉9入口温度200℃，水汽比0.26；最终变换气中CO达到1.63％，CO变换率达到95.1％，这样保证变换炉内的催化剂床层温度低于400℃，保证催化剂在设计温度条件发生反应，从而保护催化剂的使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。