[发明专利]一种煤制氢CO变换多联产方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于煤化工装置工艺节能优化和工厂废热回收利用技术领域，涉及一种煤制氢CO变换多联产方法及装置，是分布式能源系统的在化工生产装置的工业化应用。

背景技术

在工业上，加快发展节能环保产业，优化工艺技术路线，合理配置资源、推广应用节能技术、采用高效节能设备，推动产业升级和发展方式转变，具有十分重要的意义。冷热电多联产是分布式能源的一种，具有节约能源、改善环境，增加电力供应等综合效益，是城市治理大气污染和提高能源综合利用率的必要手段之一，符合国家可持续发展战略。《中华人民共和国节约能源法》第三十九条指出“国家鼓励发展热能梯级利用技术，热电冷联产技术，提高热能综合利用率”。2006年国家发改会同财政部、建设部等部门编制了《“十一五”十大重点节能工程实施意见》，明确提出“建设分布式热电联产和热电冷联供”。

在煤制氢生产中，通常来自上游煤气化装置的粗合成气中CO的含量较多，甚至高达70％以上，因此需要通过变换催化反应将CO与水反应转化成CO₂和H₂，得到富含氢气的工艺气，再经过下游酸性气体脱除单元脱除CO₂等杂质，获得高纯度的氢气。一氧化碳变换反应属于强放热反应，是一个热力学控制的过程，反应的热点温度高达450℃以上。目前，工业生产中一氧化碳变换反应大多数采用多段绝热反应器串联，从而达到工艺气中一氧化碳的高转换率。然而，CO变换过程的大量反应热回收是通过设置多台换热器，副产中低压蒸汽、预热锅炉给水、加热脱盐水和循环水冷却等方式来实现。

在2011年9月的《中氮肥》中公开了题为“Shell粉煤气化高水气比CO耐硫变换工艺流程优化”的文章，文中讨论的变换流程中通过串联中压废锅、中压蒸汽过热器和低压废锅，副产中压过热蒸汽和低压蒸汽的方式回收变换反应热，并提出了优化措施。在公开的专利文件中，如“一种饱和热水塔高水气比CO变换工艺(CN102337159A)”、“一种粉煤加压气化获得的高CO粗煤气变换工艺”(CN104340958A)和“一种分股循环CO变换工艺(CN103881765A)，一氧化碳变换过程反应热都是用来副产各等级的过热蒸汽和饱和蒸汽，通常副产的大多数蒸汽品位低、能量利用率低，产生的大量多余蒸汽往往直接放空排放，造成能源的极大浪费。

以上所述的变换工艺流程布置均采用多段反应器串联废热锅炉，通过副产蒸汽回收反应热，即废锅变换流程，尽管能够满足工艺生产上的要求，但其不足之处在于：装置运行能耗高，热量利用效率低，副产蒸汽量大，蒸汽品位低，实际生产中有大量多余蒸汽放空，不能高效回收反应过程热量，造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于按照国家节能减排的发展和相关政策要求，针对现有技术存在的不足之处，而提供一种煤制氢CO变换多联产工艺及装置。根据“温度对口、梯级利用”等总能系统理论原则，优化和搭建工艺流程，首次提出在煤化工生产工艺装置中，通过引入冷热电多联产用于回收利用变换反应热，满足工艺生产要求的同时，实现发电、制冷和供暖多联供，并具有能量集成效果好、节能降耗显著、余热利用效率高等特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种煤制氢CO变换多联产装置，该装置包括第一反应炉、第二反应炉和第三反应炉；粗合成气的输出管道与第一气液分离器相连，所述第一气液分离器的输出端通过粗合成气加热器与第一反应炉的输入端相连，所述第一反应炉的输出端通过第一余热锅炉与第二反应炉的输入端相连；

所述第二反应炉的输出端通过第二余热锅炉与第三反应炉的输入端相连，所述第三反应炉的输出端与第二气液分离器相连，所述第二气液分离器顶部的输出端通过发生器与第三气液分离器相连，所述第三气液分离器顶部的输出端通过采暖加热器与第四气液分离器相连，所述第四气液分离器顶部的输出端通过变换气终冷器与第五气液分离器相连，所述第五气液分离器顶部的输出端与脱酸单元相连。

本发明技术方案中：所述的第一余热锅炉与第一循环工质发电机组匹配相连；所述的第二余热锅炉与第二循环工质发电机组匹配相连；所述的发生器与吸收式制冷循环装置匹配相连。

本发明技术方案中：所述的第一、第二循环工质发电机组为卡琳娜循环(Kalina Cycle)、朗肯循环(Rankine Cycle)以及它们的改进型式；所述的吸收式制冷装置为热驱动制冷循环和热/功复合驱动制冷循环及其改进型式。所述的吸收式制冷装置采用的循环工质为溴化锂-水、氨水、R134a-DMF、离子液体-水及其改进型式。