一種垃圾生物質燃氣的增氫方法及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物質燃氣增氫（H2)領域，具體而言，涉及一種垃圾生物質燃氣的增 氫方法及其裝置。
【背景技術】
[0002] 生活垃圾、秸桿、枝椏柴等統稱為垃圾生物質。垃圾生物質通過臥式氣化爐可制得 熱值約5000kcal/m 3的燃氣，該燃氣含CO 2約22%，脫去CO 2后燃氣熱值約6200kcal/m3。國 家標準規定天然氣熱值應> 7500kcal/m3。熱值6200kcal/m3的燃氣不能并入城市天然氣 管網，也不能供加氣站給汽車加氣。這就需要采用甲烷化將其燃氣熱值提高到> 7500kcal/ m3。甲烷化工藝要求原料氣組分中的H2:C0比為3:1，但生物質燃氣經脫氧工序，燃氣中的 0與H 2生成H 20排出，燃氣中基本不含H2或者H 2極少，CO含量卻高達40%，所以必須增H 2， 否則無法甲烷化。
[0003] 增H2的原理是：向燃氣中加入水蒸氣，在設定壓力、溫度及催化劑條件下發生 CCHH2O - H2+C0/變換反應，使燃氣組分中的CO減少，H 2增加。這種增H 2技術也叫CO變換 技術。現有變換技術有：煤制天然氣變換技術、煤制甲醇變換技術、合成氨變換技術等，其設 備投資都很大，其中：
[0004] (1)煤制天然氣變換及其甲烷化，是要將煤氣中的部分CO變換成H2，使H 2:C0比達 3 :1，然后在甲烷化合成塔中進行如下反應：3H2+C0 - CH4+H20,經干燥將郵排掉，煤制天然 氣CH4含量達94-96%。我國已批準建設的煤制天然氣項目，變換及其甲烷化部分的投資沒 有低于100億元的，其中變換增4部分的投資約占40%。我國煤制天然氣變換及其甲烷化 為引進技術，共3種：①英國戴維甲烷化技術（CRG)、②丹麥托普索甲烷化技術（TREMPTM)、 ③德國齊魯甲烷化技術（Lurgi)。國內設計院只能在引進工藝包基礎上進行工程化，不能改 變其工藝包參數。
[0005] (2)合成氨項目噸/氨投資視原料不同（煤、天然氣、焦爐煤氣），通常為0.3萬 元-0. 4萬元/噸氨，年產30萬t合成氨項目，投資10億元左右，其中變換技術設備的投 資占很大比例。合成氨的變換屬于深度變換，因為CO對合成氨催化劑有毒害作用，所以， 要求合成氣中CO和CO 2體積分數小于10X 10 Λ其中，出變換爐的變換氣CO體積分數應 < 0. 4%，這不能少于三級變換，1套變換增H2設備約28臺，所以投資很大。
[0006] (3)煤制甲醇項目規模，通常不小于年產甲醇20萬t，投資不小于8-9億元，其核 心是變換及其甲烷化設備（國家發改委文件規定年產小于100萬t甲醇的項目不批）。
[0007] 以上現有變換技術的設備投資很大，不適用于垃圾生物質制燃氣項目，因此，現 有變換技術無法套用到垃圾生物質制燃氣項目上。我國區縣城區日產出生活垃圾通常 < 300t/d，這種規模的垃圾制氣項目總投資約1500萬元，其變換增H2及其甲烷化設備工程 應< 400萬元，其中，增H2設備工程應< 150萬元。若投資過大，項目財務內部收益率（IRR) 和財務凈現值（NPV)不可行。
[0008] 有鑒于此，特提出本發明。
【發明內容】
[0009] 針對現有煤制天然氣變換技術、煤制甲醇變換技術、合成氨變換技術，反應熱不是 在一個內循環系統中循環，而是輸送至鍋爐生產過熱蒸汽，過熱蒸汽輸送至蒸汽輪機發電， 流程復雜，投資大；本發明提供了一種垃圾生物質燃氣的增氫方法，該方法是將垃圾生物質 制得的燃氣，置于一個內循環系統中實現增H 2，流程簡單，投資大大縮減。
[0010] 本發明還提供了一種實施所述的垃圾生物質燃氣的增H2方法的裝置，該裝置具有 如下特點：流程簡單，投資小。按氣化垃圾300t/d(12. 5t/h)，產出熱值> 7500kcal/Nm3生 物質燃氣1250^113/11，增H2及其甲烷化設備彡50噸，其中增H2設備彡20噸，非常經濟。 [0011] 為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：
[0012] 一種垃圾生物質燃氣的增氫方法，包括以下步驟：
[0013] (a)、將垃圾生物質制得的燃氣與飽和蒸汽混合，得到飽和燃氣；
[0014] (b)、所述飽和燃氣中的CO和H2O反應，生成HjPCO2，得到增氫的燃氣；
[0015] (c)、將所述增氫的燃氣降溫后排出即為甲烷化的原料氣。
[0016] 本發明提供的一種垃圾生物質燃氣的增氫方法，是將垃圾生物質制得的燃氣與飽 和蒸汽混合得到飽和燃氣，飽和燃氣中的CO與H 2O反應生成4與CO 2，來增加燃氣中的氫氣 含量，得到的增氫的燃氣降溫后即可作為甲烷化的原料氣。該方法簡單，成本低，無廢氣產 生，安全無污染。
[0017] 優選地，步驟（a)中飽和蒸汽的能量來源于步驟（b)反應所釋放的熱量。通過熱 量回收，節約能源。
[0018] 為了進一步回收熱量，優選地，步驟（a)中飽和蒸汽的能量還來源于步驟（c)中增 氫的燃氣降溫釋放的熱量。
[0019] 進一步地，釋放的熱量通過氣液交換進行回收，液體得到的熱量用于生產飽和蒸 汽；
[0020] 所述液體優選為除氧水；生產飽和蒸汽的水為脫鹽水。
[0021] 經驗證，本發明回收步驟（b)和步驟（c)的熱量而形成循環，其中，步驟（b)在增H2 爐內發生CCHH2O - H2+C02反應，此為放熱反應，反應熱通過增H2爐內列管中的除氧水吸收 轉移至汽包，用于生產飽和蒸汽；另外，步驟（c)中的增氫的燃氣降溫產生的熱量也經除氧 水轉移至汽包。汽包產生的飽和蒸汽與燃氣混合，使燃氣成為含有大量水蒸氣的飽和燃氣 并送增H 2爐進行增H2反應，反應熱如上循環往復。該內循環系統無需外來熱能，也不對外 輸出熱能，靠系統自身反應熱進行循環完成增H 2。很好的解決了現有煤制天然氣變換技術、 煤制甲醇變換技術、合成氨變換技術中，反應熱不是在一個內循環系統中循環，而是輸送至 鍋爐生產過熱蒸汽，過熱蒸汽輸送至蒸汽輪機發電，流程復雜，投資大的缺陷。
[0022] 為了使燃氣中的CO與H2O發生充分的反應，優選地，在步驟（a)中，所述燃氣與所 述飽和蒸汽的體積比為1:0. 2-0. 6。
[0023] 優選地，在步驟（b)中，CO和H2O反應的壓力小于3. 65MPa，優選為2. 0-2. 5MPa。
[0024] 現有煤制天然氣變換、煤制甲醇變換、合成氨變換的壓力，同一變換工程既有高壓 (> 6. OMPa)，也有中壓（3. 0-4. OMPa)和低壓（< 2. OMPa)。本發明中增H2系統的工作壓 力只能<3. 65MPa，不能彡3. 65MPa。這既是工藝所必須，又使流程簡單化。工藝所必須是 指：臥式氣化爐產出的垃圾生物質燃氣含C2-C4烷烴約14%，該烷烴的臨界壓力與臨界溫度 如表1所示。
[0025] 表1不同烷烴的臨界壓力與臨界溫度
[0026]
【主權項】
1. 一種垃圾生物質燃氣的增氫方法，其特征在于，包括以下步驟： (a) 、將垃圾生物質制得的燃氣與飽和蒸汽混合，得到飽和燃氣； (b) 、所述飽和燃氣中的C0和H20反應，生成4和C0 2，得到增氫的燃氣； (c) 、將所述增氫的燃氣降溫后排出即為甲烷化的原料氣。
2. 根據權利要求1所述的增氫方法，其特征在于，步驟（a)中飽和蒸汽的能量來源于步 驟（b)反應所釋放的熱量。
3. 根據權利要求1所述的增氫方法，其特征在于，步驟（a)中飽和蒸汽的能量還來源于 步驟（c)中增氫的燃氣降溫釋放的熱量。
4. 根據權利要求2或3所述的增氫方法，其特征在于，釋放的熱量通過氣液交換進行回 收，液體得到的熱量用于生產飽和蒸汽； 所述液體優選為除氧水；生產飽和蒸汽的水為脫鹽水。
5. 根據權利要求1所述的增氫方法，其特征在于，在步驟（a)中，所述燃氣與所述飽和 蒸汽的體積比為1:0. 2-0. 6。
6. 根據權利要求1所述的增氫方法，其特征在于，在步驟（b)中，〇)和1120反應的壓力 小于 3. 65MPa，優選為 2. 0-2. 5MPa ; 優選地，在步驟（b)中，CO和H20反應所用催化劑為CO低溫變換催化劑，優選為EB-6 系列中壓耐硫變換催化劑，反應溫度在180-480°C之間，優選為242-250°C之間。
7. -種實施權利要求1-6任一項所述的增氫方法的裝置，其特征在于，包括： 混合器：用于將垃圾生物質制得的燃氣與飽和蒸汽混合； 增氫爐：用于使C0和H20發生反應； 除氧水預熱器：用于增氫的燃氣降溫； 汽包：用于提供飽和蒸汽。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述增氫爐內設置有多組管道，管道與爐 壁的管間空腔內設置有催化劑。
9. 根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述增氫爐內的管道與汽包連通。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述除氧水預熱器的管道與所述汽包連 通。
【專利摘要】本發明涉及生物質燃氣增氫領域，特別涉及一種垃圾生物質燃氣的增氫方法及其裝置。垃圾生物質燃氣的增氫方法，包括以下步驟：將垃圾生物質制得的燃氣與飽和蒸汽混合，得到飽和燃氣；飽和燃氣中的CO和H2O反應，生成H2和CO2，得到增氫的燃氣；增氫的燃氣降溫后排出即為甲烷化的原料氣。增氫方法的裝置包括混合器、增氫爐、除氧水預熱器、汽包。該增氫方法是將垃圾生物質制得的燃氣與飽和蒸汽混合得到飽和燃氣，飽和燃氣中的一氧化碳與飽和蒸汽中的水反應，生成氫氣和二氧化碳，來增加燃氣中的氫氣含量，增氫的燃氣降溫后即可作為甲烷化的原料氣。該方法簡單，成本低，無廢氣產生，安全無污染。該設備簡單易行，極大的降低了生產成本。
【IPC分類】C10L3-00
【公開號】CN104531245
【申請號】CN201510042511
【發明人】史金麟, 史惠元, 施俊鵬
【申請人】唐山信德燃氣化工程有限公司, 史惠元, 史金麟
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月28日