一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于天然氣技術領域，特別涉及一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構。
【背景技術】
[0002]現有的煤制天然氣生產中，煤氣化后的粗煤氣必須通過變換工段調節氫碳比，這會使大量的一氧化碳轉化成二氧化碳，降低了碳的有效利用率，同時也增加了下游低溫甲醇洗單元的負荷，造成了能源的浪費。
[0003]煤制天然氣工藝技術過程會產生大量的工業污水，無限制的排放不僅污染環境，而且造成水資源的大量浪費；同時生產過程中還會產生大量的工藝熱能，許多工廠為降低改造費用而選擇直接排放；再者，煤制天然氣企業大多數都處于內蒙、新疆等風能、光伏等可再生能源比較豐富的偏遠地區，而可再生能源發電不容易實現并網輸送，在生產過程中如果不能夠充分利用這部分余電會造成能源的極大浪費，有悖于我國節能減排的能源方針政策。
[0004]隨著電解水制氫工藝技術的逐漸成熟，通過電廠余電和工藝熱電電解水制氫，大大降低了制氫工藝成本，更重要的是電解水制備的氫氣純度較高，可得到99%以上的高純度氫氣。近年來，隨著成套工藝技術的推廣，電解水制氫在工藝制氫領域發揮越來越重要的作用。目前還沒有將電解水制氫應用到煤制天然氣生產。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構，具有能耗低、操作方便，催化反應效率高的特點。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0007]一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構，包括備煤單元1，備煤單元I的出口與氣化爐2的入口連接，氣化爐2上端粗煤氣出口與第一吸收塔3入口連接，第一吸收塔3出口分成主線和副線兩路，主線一路與變換單元5入口連接，變換單元5出口與低溫甲醇洗單元6入口連接；第一吸收塔3出口副線一路與電廠7連接，由電廠7通過熱電、風電、光伏產生的電能直接供給電解水制氫單元8 ;氣化爐2的下端循環污水出口與第二吸收塔4入口連接，第二吸收塔4出口與電解水制氫單元8的入口連接，電解水制氫單元8的氫氣出口和低溫甲醇洗單元6出口合并后與甲烷化單元9入口連接，電解水制氫單元8的氧氣出口和相應設備連接。
[0008]所述第一吸收塔3采用降溫冷凝、物理吸收對粗煤氣進行除塵和粗脫硫。
[0009]所述第二吸收塔4采用活性炭吸附法和混凝沉淀法對循環污水進行深度處理。
[0010]本實用新型的優點:在煤制天然氣甲烷化過程中，電解水制氫單元8的引入，不僅解決了甲烷化單元9催化劑還原時所需高純氫氣的需求，同時在制天然氣過程中可以采用純度較高的氫氣補充變換工段調節合成氣中的氫碳比，減輕了常規煤制天然氣工藝中變換工段的生產負荷，有效降低了煤制天然氣的投資成本，提高了碳利用率。同時在生產過程中可以根據工況條件變化靈活操作第一吸收塔3出口主副線路流量大小，穩定電力供應，有效提尚能量利用率。
【附圖說明】
[0011]附圖是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
[0013]參照附圖，一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構，包括備煤單元1，備煤單元I的出口與氣化爐2的入口連接，氣化爐2上端粗煤氣出口與第一吸收塔3入口連接，第一吸收塔3出口分成主線和副線兩路，主線一路與變換單元5入口連接，變換單元5出口與低溫甲醇洗單元6入口連接；第一吸收塔3出口副線一路與電廠7連接，由電廠7通過熱電、風電、光伏產生的電能直接供給電解水制氫單元8;氣化爐2的下端循環污水出口與第二吸收塔4入口連接，第二吸收塔4出口與電解水制氫單元的入口連接，電解水制氫單元8的氫氣出口和低溫甲醇洗單元6出口合并后與甲烷化單元9入口連接，電解水制氫單元8的氧氣出口和相應設備連接。
[0014]所述第一吸收塔3采用降溫冷凝、物理吸收對粗煤氣進行除塵和粗脫硫，除去煤氣中的瀝青、焦油、中油、輕油、萘、苯、氨、硫化氫及各種烴類化合物，得到符合要求的原料煤氣。
[0015]所述第二吸收塔4采用活性炭吸附法和混凝沉淀法對循環污水進行深度處理，除去污水中的污泥、懸浮物和腐蝕性物質，得到負荷電解要求的水質，延長電解池電極的使用壽命，提高電解效率且降低后續工段的負荷。
[0016]所述結構的制氫工藝，包括以下步驟:電解水制氫單元8富產的純氧，純度達到99.5% -99.8%，與300°C -350°C的過熱工藝蒸汽充分混合，其氧氣、蒸汽和來自備煤單元I的煤粉一起進入到氣化爐2，在3.9MPa的壓力下進行氧化反應，產生的粗煤氣中CH4含量8-13%, CO含量12-18%, H2含量35-45%，CO 2含量28-35%和少量的瀝青、焦油、H 2S、SO2雜質，通過第一吸收塔3處理，得到符合要求的原料煤氣；關閉第一吸收塔3出口主線一路，原料煤氣通過第一吸收塔3出口副線一路直接進入電廠7作為燃料發電補充電解水制氫單元8所需的電能；氣化爐2下端產生的循環污水通過第二吸收塔4處理，得到符合要求的電解水，同時并入煤氣化工段產生的熱能發電，采用電解水制氫單元8電解水制氫，得到99%以上的高純度氫氣，通過甲烷化單元9的還原過程得到分散性較高的還原態的甲烷化催化劑。
[0017]所述結構的制天然氣工藝，包括以下步驟:氣化爐2下端產生的循環污水通過第二吸收塔4處理，得到符合要求的電解水水質，通過電解水制氫單元8制備高純度氫氣，期間電解水制氫單元8所需電能大部分來電廠余電和熱電、風電、光伏所富產的熱電；首先來自電解水制氫單元8富產的純氧，純度達到99.5% -99.8%，與300°C -350°C的過熱工藝蒸汽充分混合，其氧氣、蒸汽和來自備煤單元I的煤粉一起進入到氣化爐2，在3.9MPa的壓力下進行氧化反應，產生的粗煤氣中CH4含量8-13%，CO含量12-16%，H2含量35-40% ,CO2含量28-35%和少量的瀝青、焦油、H2S, SO2雜質，通過第一吸收塔3處理，得到符合要求的原料煤氣，打開第一吸收塔3出口主線一路，原料煤氣通過變換單元5進行氫碳比的初步調節，再在-50 °C低溫甲醇洗單元6除去含硫化合物、CO2酸性氣體，低溫甲醇洗單元6出口的凈煤氣與電解水制氫單元8出口的高純氫氣混合，補充調節符合甲烷化單元9反應所需要的氫碳比3.01-3.05，通過甲烷化單元9進行甲烷化反應，得到符合要求的天然氣；期間根據電解水工藝段生產負荷，控制變換工段，降低變換工段的生產強度。
【主權項】
1.一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構，包括備煤單元(I)，其特征在于:備煤單元(I)的出口與氣化爐(2)的入口連接，氣化爐(2)上端粗煤氣出口與第一吸收塔(3)入口連接，第一吸收塔(3)出口分成主線和副線兩路，主線一路與變換單元(5)入口連接，變換單元(5)出口與低溫甲醇洗單元(6)入口連接；第一吸收塔(3)出口副線一路與電廠(7)連接，由電廠(7)通過熱電、風電、光伏產生的電能直接供給電解水制氫單元⑶；氣化爐(2)的下端循環污水出口與第二吸收塔(4)入口連接，第二吸收塔(4)出口與電解水制氫單元⑶的入口連接，電解水制氫單元⑶的氫氣出口和低溫甲醇洗單元(6)出口合并后與甲烷化單元(9)入口連接，電解水制氫單元(8)的氧氣出口和相應設備連接。
2.根據權利要求1所述的一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構，其特征在于:所述第一吸收塔(3)采用降溫冷凝、物理吸收對粗煤氣進行除塵和粗脫硫。
3.根據權利要求1所述的一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構，其特征在于:所述第二吸收塔(4)采用活性炭吸附法和混凝沉淀法對循環污水進行深度處理。
【專利摘要】一種電解制氫與煤制合成氣制天然氣的結構，包括備煤單元，備煤單元與氣化爐連接，氣化爐粗煤氣出口與第一吸收塔入口連接，第一吸收塔出口的主線一路通過變換單元連接與低溫甲醇洗單元連接，副線一路與電廠連接，電能直接供給電解水制氫單元；氣化爐的循環污水出口通過第二吸收塔連接與電解水制氫單元連接，電解水制氫單元的氫氣出口和低溫甲醇洗單元出口合并后與甲烷化單元連接，電解水制氫單元的氧氣出口和相應設備連接，本結構不僅解決了甲烷化催化劑還原所需高純氫氣的需求，同時在制天然氣過程中采用純度較高的氫氣補充變換工段調節合成氣中的氫碳比，減輕了常規煤制天然氣工藝中變換工段的生產負荷，提高了碳利用率。
【IPC分類】C10L3-08
【公開號】CN204342750
【申請號】CN201420802042
【發明人】王曉龍, 何忠, 郜時旺, 肖天存, 許世森
【申請人】中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司, 中國華能集團公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月16日