專利名稱：高溫還原性氣精制方法及煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫還原氣精制方法，其中將高溫還原性氣，例如煤氣化氣等生成氣中含有的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳而除去，同時(shí)從氣體中除去硫化合物。
本發(fā)明上述精制方法適用于邊發(fā)電邊制造甲醇等化工原料的多功能煤氣化設(shè)備，也適用于重油氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備。
也就是說(shuō)，本發(fā)明還涉及應(yīng)用上述高溫還原性氣精制方法的煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備。
在將重油、煤、天然氣等氣化而制造甲烷，甲醇、氨等的現(xiàn)有多功能煤氣化設(shè)備中，考慮了除去二氧化碳(下稱CO2)，硫化氫(下稱H2S)，但均為濕法氣化精制方法，未見(jiàn)發(fā)表干法氣化精制方法結(jié)合應(yīng)用的文獻(xiàn)。
現(xiàn)有煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備如圖3所示流程進(jìn)行發(fā)電。
如圖所示，煤a細(xì)粉碎后，與氣化劑q(空氣或氧氣)一起送入氣化爐b，生成一氧化碳(下稱CO)，氫(下稱H2)作為主要成分的可燃性氣C。
生成氣C中含有煤塵，硫化氫(下稱H2S)，硫羰化物(下稱COS)等硫化物，可送入除塵裝置d中除塵而得除塵氣e，然后再送入脫硫裝置f中脫硫而得精制氣g。除去的硫化物作為元素硫回收，而精制氣則作為燃料而送入燃?xì)廨啓C(jī)i。
經(jīng)然氣輪機(jī)i作功后的排氣再經(jīng)熱回收鍋爐l進(jìn)行熱回收，然后從煙筒n排出。另一方面，氣化爐b和熱回收鍋爐等產(chǎn)生的蒸汽送入汽輪機(jī)p而進(jìn)行發(fā)電(氣化爐b的蒸汽管線末示出)。
而且，j1，j2分別為燃?xì)廨啓C(jī)i和汽輪機(jī)p驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，o為汽輪機(jī)的冷凝水器。
這種煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備可讓煤在氣化爐中氣化而得高溫還原性氣，但不能用其進(jìn)行高效率發(fā)電，而且熱回收鍋爐排出氣為低SOx，低NOx潔凈氣，CO2可就這樣排入大氣中，因此無(wú)需特別考慮CO2的排除。
近來(lái)，提出了地球變暖的問(wèn)題。這方面，CO2的貢獻(xiàn)最大，降低其排放量也就成了世界性課題。
圖4更詳細(xì)地說(shuō)明了現(xiàn)有煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備，其中舉例說(shuō)明了用空氣作氣化劑的吹空氣氣化設(shè)備。
如圖所示，21為煤氣化爐，將煤送入此煤氣化爐21之中。煤在高溫高壓下經(jīng)空氣氣化，轉(zhuǎn)換成以CO、H2、N2為主的燃料生成氣。將該生成氣送入由多個(gè)換熱器構(gòu)成的氣體冷卻器22，氣體保有的顯熱加熱水，從而產(chǎn)生蒸汽。
從煤氣化爐21出來(lái)的生成氣送入除塵裝置，脫硫裝置等構(gòu)成的氣體精制裝置23中，得以從氣體中除去煤塵，H2S，COS等硫化合物雜質(zhì)。
這樣凈化后的氣體送入燃燒器24進(jìn)行燃燒。這樣燃燒產(chǎn)生的氣體送入燃?xì)廨啓C(jī)25，而燃?xì)廨啓C(jī)25又分別驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)26和空氣壓縮機(jī)27，經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮的空氣送入燃燒器24和煤氣化爐21而分別作為燃燒用空氣和氣化用空氣。
從上述燃?xì)廨啓C(jī)25出來(lái)的高溫燃?xì)廨啓C(jī)排氣送入熱回收鍋爐28，加熱水而產(chǎn)生蒸汽，然后從煙筒放入大氣中。
余熱鍋爐28中產(chǎn)生蒸汽與煤氣化爐21內(nèi)的氣體冷卻器22中產(chǎn)生的蒸汽一起送入連有汽輪發(fā)電設(shè)備的汽輪機(jī)29，汽輪機(jī)29即可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)30，31為冷凝水器。
從該現(xiàn)有技術(shù)例子中可以看出，在現(xiàn)有煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備情形下，主要目的是達(dá)到設(shè)備高效率，而沒(méi)有特別考慮到氣體生成氣中CO2的除去。在重油氣化發(fā)電設(shè)備中也是這樣。
如圖4所示，現(xiàn)有空氣氧化氣化設(shè)備情形下，在煤氣化爐21中用空氣進(jìn)行氣化，生成以CO，H2，N2為主的生成氣，其組成可如同第1表中A點(diǎn)所示，這種生成氣作為燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器燃料時(shí)煤塵濃度過(guò)高，從對(duì)環(huán)境影響角度看，SOx(這里為H2S)含量也太高，因此要送入氣體精制裝置23中除塵，脫硫。
作為氣體精制裝置23，可在常溫左右(最高100℃下)將在永久洗滌器中進(jìn)行的除塵與用化學(xué)吸收液進(jìn)行的脫硫裝置組合成所謂濕法。但是，從提高熱效率的觀點(diǎn)看，要采取特別有利于發(fā)電的干法。干法中并不在中高溫溫度(300-800℃)的氣氛下用吸收液，而進(jìn)行固狀除塵，脫硫。就脫硫方式而言，可采用氧化鐵類吸收材料形成固定床。因此干法進(jìn)行的氣體精制裝置23出來(lái)的凈化氣組成如第1表B點(diǎn)所示。
這樣一來(lái)，從熱回收鍋爐28出來(lái)而流向煙筒的氣體組成就如第1表C點(diǎn)所示。
第1表
注上述A點(diǎn)-C點(diǎn)在圖4中標(biāo)為A-C。
因此，在現(xiàn)有空氣氧化設(shè)備情形下，僅限于CO2的除去，回收，而未作任何其它考慮。不過(guò)，現(xiàn)有技術(shù)中就設(shè)置這種CO2除去設(shè)備而言，會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，在熱回收鍋爐28出口處設(shè)置CO2除去裝置，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒用空氣，與鍋爐排氣相比，則接近約2倍排氣量，不管CO2除去裝置形式如何，都會(huì)使CO2除去裝置大形化，費(fèi)用增加。而且，在燃?xì)廨啓C(jī)排氣中設(shè)置其它設(shè)施會(huì)使燃?xì)廨啓C(jī)出口排氣壓高，燃?xì)廨啓C(jī)25的輸出功率降低，性能因此而下降。
此外，在煤氣化爐21和燃?xì)廨啓C(jī)25之間設(shè)置CO2除去裝置，若與燃?xì)廨啓C(jī)排氣量相比，則氣體量為約1/4，但要用20-40atm高壓氣才能達(dá)到良好的CO2除去效率。另一方面，在吹空氣情形下，就氣體組成而言，CO2不會(huì)超過(guò)全部炭化物的約20-25%，因此不能指望提高全部CO2除去效率。而且，對(duì)應(yīng)于CO2除去的比例，還會(huì)出現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)25的輸出功率稍微下降的問(wèn)題。
采用氧氣或富氧空氣作為氣化劑的氧氣氧化氣化設(shè)備流程如圖2所示，將氧氣或富氧空氣導(dǎo)入煤氣化爐21，代替氣體用空氣。結(jié)果是使煤氣化爐出口(或氣體精制裝置出口)氣的發(fā)熱量上升(約2500Kcal/Nm3)，因此，與空氣氣化相比，生成氣量達(dá)到約2/1左右。而且，從該生成氣除去CO2可能變得容易起來(lái)，但與吹空氣惰形一樣，本質(zhì)的問(wèn)題仍然沒(méi)有解決。
此外，就使用氧氣情形而言，當(dāng)然是有必要使用氧氣設(shè)備的，但另一方面，從設(shè)備效率，經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)看，與吹空氣情形比起來(lái)，也有不利的一面。
如前所示，在現(xiàn)有煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備情形下，除去CO2進(jìn)行的氣體精制，要將熱回收鍋爐出口氣進(jìn)行的情形為用氣化爐出口氣進(jìn)行的情形一起考慮。由于后者處理氣量?jī)H為前者的1/2以下，裝置緊湊，能量消耗也少，可較為經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行處理。但是，如前所述氣化爐出口氣中的含碳成分氣(CO，CO2氣)幾乎均為CO，CO2通常很少，為5%以下。因此，水分(下稱H2O)會(huì)與CO進(jìn)行反應(yīng)，生成CO2和H2，從而可考慮將含碳成分氣大致均作為CO2而除去。
就這種方法而言，可考慮采用下式(1)所示現(xiàn)有CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)方法。但是，從工藝角度看，與CO反應(yīng)的H2O量在氣體中相當(dāng)少，會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)熱致使溫度大量上升，對(duì)催化活性的影響等必須加以克服的問(wèn)題。
因此，目前一方面就在前述多功能氣體設(shè)備中進(jìn)行單乙胺等濕法吸收法。但是，這種方法應(yīng)用時(shí)，由于氣體溫度低，致使煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備中燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率降低。
另一方面，干法除去二氧化碳的方法作為將H2S等硫化合物與CO2一起同時(shí)被吸收的方法，實(shí)際上是用分子篩進(jìn)行的壓差吸附法(Pressure Swing Adsorption下稱PSA)等吸附方法。這種吸附方法中，一般來(lái)說(shuō)，溫度越低，吸附效率就越高，而在煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備情形下，由于溫度越高，設(shè)備自身的效率就越好，所以有必要在盡可能高的溫度下進(jìn)行操作。
而且，PSA吸附氣中含有CO2和H2S，這兩種成分分離后有必要分別進(jìn)行處理。分離出的H2S例如要轉(zhuǎn)化成元素硫回收，而CO2得用放入海中或土壤中等各種辦法才可能使其固定化。
本發(fā)明第1目的是提出在解決前述問(wèn)題時(shí)達(dá)到盡可能經(jīng)濟(jì)性的高溫還原性氣精制方法。
為達(dá)到上述第1目的本發(fā)明第1方面，是提出一種高溫還原性氣精制法，其中向高溫還原性氣注入蒸汽，該氣體在設(shè)有氣體溫控用熱回收裝置的CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)處理，將高溫還原氣中的CO轉(zhuǎn)換成CO2，前述CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器放出的氣體溫度用熱回收裝置控制，上述氣體中CO2和硫化合物除去而得精制氣，除去的CO2和硫化合物相互分離。
本發(fā)明第2方面，是提出一種高溫還原氣精制方法，其中在第一方面基礎(chǔ)上，將分出CO2的硫化合物中的H2S經(jīng)Claus法硫回收裝置轉(zhuǎn)化成元素硫后而回收，剩余氣中含有的硫和硫化合物經(jīng)同一氣體中的H2還原而以H2S形式分離后，循環(huán)送入Claus法硫回收裝置，轉(zhuǎn)化成元素硫后一并回收，剩余排氣進(jìn)行燃燒。
從本發(fā)明第1和第2方面可得到以下效果。
1)將供入的高溫還原氣中的CO轉(zhuǎn)化成CO2再將CO2與硫化合物一起除去，其中可在低能耗條件下將CO2與硫化合物同時(shí)除去。
2)CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，將達(dá)到CO轉(zhuǎn)化率的必要量蒸汽注入高溫還原性氣中，CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)后，由于氣體中H2S量達(dá)到最少，所以H2S對(duì)后續(xù)裝置的影響就大為降低。
3)CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中設(shè)有溫控用熱回收裝置，在可達(dá)到高CO2轉(zhuǎn)換率的同時(shí)，又可將反應(yīng)器出口氣溫度降到一定值以下，如500℃以下，并可延長(zhǎng)催化劑壽命。
4)分離而得的硫化合物可以高轉(zhuǎn)換離轉(zhuǎn)化成元素硫，分離而得的CO2又可作為高純度氣體回收。
5)由于CO2以及同時(shí)的硫化合物可以高脫除率除去，所以精制后的高溫還原性氣在不用作燃?xì)廨啓C(jī)的燃料時(shí)，又可作化工原料等用途。
本發(fā)明第2目的是提出煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備，其中可高效率除去CO2并且能量損失最少。
為達(dá)到此第2目的的本發(fā)明第3方面是提出煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備，其中在設(shè)有煤氣化爐，從該煤氣化爐生成的氣體中除去雜質(zhì)的氣體精制裝置，設(shè)有將該氣體精制裝置精制后的氣體燃燒的燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備，回收來(lái)自該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中燃?xì)廨啓C(jī)排氣熱而產(chǎn)生蒸汽的余熱鍋爐，以該余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為動(dòng)力的汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)備的煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備中，在前述氣體精制裝置和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的燃燒器之間，設(shè)置將經(jīng)氣體精制裝置精制后的氣體中的CO轉(zhuǎn)化成CO2的反應(yīng)器，將該反應(yīng)器生成的CO2從氣體中除去的CO2除去器。
按照本發(fā)明第3方面，在氣體精制裝置出口處設(shè)置的反應(yīng)器中，將蒸汽混入從氣體精制裝置排出的氣體中，將CO氣體轉(zhuǎn)化成CO2氣體，然后在CO2除去裝置中從主流氣中分出CO2，主流氣送到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備，而CO2在其回收裝置得以回收，因此可達(dá)到以下效果。
(a)在煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備中，一方面可以高脫除效率任意除去CO2氣，另一方面又可達(dá)到低所內(nèi)動(dòng)力。
(b)同樣，在除去CO2時(shí)，還可在高溫高壓(350-500℃，20-400atm)條件下，將碳化合物轉(zhuǎn)化成CO2并分離，其中操作易于進(jìn)行，而且所需能耗非常少。
(c)分出CO2的精制氣中H2含量增加，因此可提高燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒穩(wěn)定性。
(d)除去的CO2通入氣體漲管器而進(jìn)行動(dòng)力回收。
(e)由于與CO2合流的氣體中殘存H2S，COS等硫化合物也可分離和除去，所以選取吸附材料進(jìn)行處理后的煤氣也可供燃料電池用。
(f)可使用硫化合物分離器作為上流側(cè)氣體精制裝置之脫硫機(jī)能不協(xié)調(diào)時(shí)的補(bǔ)充措施。
第1圖為本發(fā)明高溫還原性氣精制方法流程的框圖。
第2圖為本發(fā)明煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備流程的框圖。
第3圖為現(xiàn)有本發(fā)明煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備流程的框圖。
第4圖為現(xiàn)有另一煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備流程的框圖。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，在CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中，用催化劑進(jìn)行前述式(1)所示CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而將煤氣化氣等高溫還原性氣中所含CO轉(zhuǎn)化成CO2。同時(shí)轉(zhuǎn)化反應(yīng)器帶有熱回收裝置，用以外理供入的高溫還原性氣。因而，裝置緊湊，此外能耗低。
(1)式反應(yīng)為發(fā)熱反應(yīng)，從化學(xué)平衡上看，溫度越低越有利，但如前所述，由于在煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備等之中，溫度越高越好，所以在低溫下進(jìn)行反應(yīng)是不經(jīng)濟(jì)的。一方面，本反應(yīng)所用催化劑采用的是Fe-Cr體系，Cu-Zn體系，Cu-Cr體系，由于催化劑床層易在高溫下引起熱劣化，所以從保護(hù)催化劑壽命方面看，出口溫度易保持在500℃以下。但是，在CO轉(zhuǎn)化器內(nèi)，又希望在盡可能高溫下進(jìn)行反應(yīng)。因該反應(yīng)為發(fā)熱反應(yīng)，所以會(huì)伴隨著溫度上升。因此，如果出口溫度一旦越過(guò)一定值，例如500℃，那就要用CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的熱回收裝置，來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的氣體溫度。也就是說(shuō)，如果用熱回收裝置來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的氣體溫度，就可將反應(yīng)器出口氣體溫度抑制在一定值。例如500℃以下。
此外，在CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中，與CO反應(yīng)的H2O以蒸汽態(tài)注入氣體中，根據(jù)這樣注入的蒸汽量，即可容易地控制CO轉(zhuǎn)化率。因而，可注入可達(dá)到必要CO轉(zhuǎn)化率的蒸汽量，使CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器出口氣中H2O量達(dá)到最小，從而可能排除H2O對(duì)后流側(cè)裝置的影響。
就除去CO2和硫化合物而言，在采用干法，如PSA法之類的吸附裝置時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，與CO2相比，H2S對(duì)吸附劑的吸附力要大些。按照本發(fā)明的第1方面，由于氣體中CO2濃度，與硫化合物濃度相比，通常要達(dá)到50-500倍，因此吸附劑必要量要根據(jù)CO2濃度來(lái)決定。此外，作為吸附劑，可充填對(duì)CO2和硫化合物能同時(shí)吸附的物質(zhì)，或根據(jù)各成分而選取至少2種有強(qiáng)吸附力的物質(zhì)。
在CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器出口氣溫度高時(shí)，CO2，H2S吸附容量低，吸附劑充填量增大。因此根據(jù)本發(fā)明第1方面，在CO2，硫化合物除去工藝上游設(shè)置熱回收裝置，氣體顯熱回收后，溫度下降，入口氣體溫度可控制在例如250-300℃低溫，因而可高效率地除去CO2和硫化合物。
除去CO2和硫化合物后，可得到高濃度H2的潔凈精制氣。這種氣體例如可用作為燃?xì)廨啓C(jī)燃料，由于碳化合物減少，還可降低CO2向大氣中排放。
如下所述，從還原性氣中分離，除去的CO2和硫化合物，在例如PSA方式等吸附方法的應(yīng)用場(chǎng)合，可根據(jù)CO2和H2S對(duì)吸附劑吸附力差而進(jìn)行分離。
根據(jù)本發(fā)明第1方面，在CO2和硫化合物進(jìn)行分離的過(guò)程中，在應(yīng)用PSA等吸附方式時(shí)，對(duì)一般吸附劑的相對(duì)吸附力大小順序?yàn)镠2S＞CO2，因此H2S先吸附在吸附劑上，待達(dá)到吸附平衡后才開(kāi)始CO2吸附。因此，除了選擇可積極吸附H2S的吸附劑而外，重要的是還要控制僅僅吸附H2S的吸附劑充填量。在按本發(fā)明第1方面進(jìn)行吸附的情形下，被吸附的H2S及其它硫化合物減壓達(dá)到所定壓力，就很容易以脫附濃縮狀態(tài)與CO2分離。另一方面，分離后的CO2以高純度氣回收。
如上所述，按照本發(fā)明第1方面，在CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中將高溫還原性氣中的CO轉(zhuǎn)化成CO2，其中通過(guò)調(diào)節(jié)向高溫還原性氣中注入的蒸汽量，可控制CO轉(zhuǎn)化率，而且還可使CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器出口氣中的H2O量減至最小。此外，CO向CO2的轉(zhuǎn)換反應(yīng)在高溫還原性氣供給側(cè)進(jìn)行，處理氣量少，裝置緊湊，而且所需能耗少。
另一方面，CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)的氣體溫度可用熱回收裝置控制，因此可使CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)效率高，并且可在所希望的溫度下進(jìn)行。
更具體地講，CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器排氣的溫度用熱回收裝置調(diào)節(jié)到所要求溫度下，CO2和硫化合物就可高效率地除去，并相互分離。
因此，若按照本發(fā)明第1方面，通過(guò)高溫還原性氣體的精制，CO2可與硫化合物一樣除去，而且所需能耗少。
根據(jù)本發(fā)明第2方面，如上所述分離后的H2S及其它硫化合物送入Claus法硫回收裝置，H2S用氧氣部分氧化后，在Claus催化劑存在下生成元素硫后加以回收。
在此Claus硫回收裝置出口氣中，除了元素硫的生成物SO2而外，還有未反應(yīng)的H2S等，出口氣冷卻至130-180℃，氣中元素硫成為液體，大部分以液態(tài)硫回收。殘留氣中。除H2S、SO2以外，還存在微量氣態(tài)硫，霧末狀硫煙霧。氣中殘存的這種硫和硫化合物與氣中H2進(jìn)行以下式(2)、(3)式還原反應(yīng)，完全轉(zhuǎn)化成H2S。
這些反應(yīng)采用例如Co-Mo系，Ni-Mo系還原催化劑，若在200-400℃下，則很容易進(jìn)行。生成與氣中S組分對(duì)應(yīng)的H2S，因此還原后的氣中僅存在H2S形態(tài)硫化合物。
在后續(xù)H2S分離工藝中，從N2，CO2等氣中分出H2S，其中可采用例如PSA方法。
分離后的H2S回送到Claus法硫回收裝置入口處，作為元素硫回收。此外除去H2S的排氣燃燒后放入大氣。排氣中微量可燃性硫組分(例如H2S)可通過(guò)燃燒，轉(zhuǎn)化成SO2而放入大氣中。
如上所述，按本發(fā)明第2方面，即在本發(fā)明第1方面基礎(chǔ)上增加從硫化合物中回收元素硫，殘余排氣燒掉，然后以實(shí)用上無(wú)害的狀態(tài)放入大氣中。
實(shí)施例

圖1說(shuō)明了與本發(fā)明第1、第2方面相對(duì)應(yīng)的實(shí)施例。
未圖示煤氣化爐中產(chǎn)生的含H2S，COS等硫氣合物的除塵前高溫還原性氣1在例如セラミツク制可在高溫下工作的多孔過(guò)濾器類干法除塵裝置2中進(jìn)行除塵。在管線3中從蒸汽管線向除塵后的氣體中注入CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的蒸汽。經(jīng)過(guò)管線4將高溫還原性氣送入CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置5之中。
CO轉(zhuǎn)化裝置5中分別充填有可將CO轉(zhuǎn)化成CO2的Fe-Cr系Cu-Zn系或Cu-Cr系催化劑。且將下流側(cè)的反應(yīng)部分5b與分開(kāi)的上流側(cè)反應(yīng)部5a連起來(lái)。反應(yīng)部5a出來(lái)的氣體送入熱回收鍋爐6中，在其中進(jìn)行熱回收后再送入反應(yīng)部5b。因此可使反應(yīng)裝置5出口氣溫度不致超過(guò)500℃。通過(guò)這種方式，不僅可防止催化劑高溫?zé)崃踊?，而且可使反?yīng)平穩(wěn)進(jìn)行。
經(jīng)過(guò)CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)，CO可轉(zhuǎn)化成CO2，而且管線7從從反應(yīng)裝置5出來(lái)的高H2濃度氣在熱回收鍋爐8中降溫至250-300℃后經(jīng)管線9而送入CO2，硫化合物除去裝置10中。
除去裝置10中充填有CO2和H2S硫化合物吸附劑，可進(jìn)行干法PSA類吸附操作。降溫至250-300℃的氣中的CO2和硫化合物可用上述吸附劑高效率地吸附并除去。在管線11中已除去CO2和硫化合物而得以凈化的精制氣，可用作燃?xì)廨啓C(jī)燃料。同時(shí)，精制氣中C化合物因如上述減少而可使燃?xì)廨啓C(jī)排氣中CO2濃度降低。
另一方面含有從CO2，硫化合物除去裝置內(nèi)的吸附劑脫附，并經(jīng)濃縮的CO2，H2S的氣體經(jīng)管線12送入CO2分離器13，其中充填有例如可吸附H2S及其它硫化合物的吸附劑，可按PSA方式操作。其中H2S及其它硫化合物被吸附，而高純度CO2氣經(jīng)管線30送入外部加以回收。
從CO2分離器13出來(lái)并含有濃縮H2S的氣體經(jīng)管線14供入Claus法硫回收裝置15中，在其中轉(zhuǎn)換成元素硫，以液態(tài)硫從管線31排出后得以回收。
從Claus法硫回收裝置15出來(lái)的氣體經(jīng)管線16送入依次充填有Co-Mo系，Ni-Mo系還原催化劑的尾氣還原反應(yīng)器17中。在其中硫化合物與氣中H2反應(yīng)，生成H2S后，管線18內(nèi)的氣體在采用例如PSA方式操作的H2S分離器19中分成含H2S的氣體20和其它氣體42。含H2S的氣體20只壓縮機(jī)41增壓后返送到Claus法硫回收裝置15入口，進(jìn)行元素硫回收操作。H2S除去后的排氣42在燃燒爐43中可燃成分燃燒生成氧化物后，經(jīng)管線44排放入大氣之中。
前述熱回收鍋爐6，在進(jìn)行2步CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)時(shí)，還用來(lái)調(diào)節(jié)后流側(cè)反應(yīng)部5b內(nèi)的催化劑層溫度，其中設(shè)有鍋爐給水管線46和產(chǎn)生的蒸汽管線47。
此外，前述向高溫還原性氣體管線3中注入蒸汽的管線45還設(shè)有用9標(biāo)出的分管，將蒸汽注入由熱回收鍋爐46排出后送入反應(yīng)部5b的氣體中，連入熱回收鍋爐6的給水管線46設(shè)有用b標(biāo)出的分管，連入熱回收鍋爐8。在其中產(chǎn)生的蒸汽用C標(biāo)出，送去與蒸汽管線47合流。
如上所述，在本實(shí)施例1中，將高溫還原氣中的CO轉(zhuǎn)化成CO2，然后與硫化合物分開(kāi)，使凈化氣11中的C化合物減少，從而降低燃?xì)廨啓C(jī)排氣中的CO2濃度。
然而，從煤氣化爐出來(lái)的氣量，與現(xiàn)有燒細(xì)粉炭的鍋爐排氣量比較。由于煤氣化爐中吹空氣時(shí)僅為約1/2，吹氧化時(shí)僅為1/4，所以極有利于除去CO2。
再者，CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置5中，在不降低設(shè)備熱效率的范圍內(nèi)，可在低溫下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，不僅可防止催化劑的高溫劣化，而且可高效率地進(jìn)行CO→CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)。
此外，從氣體中分出的H2S等硫化合物與CO2相互分離，其中H2S轉(zhuǎn)換成元素硫回收，其尾氣中殘存的硫化合物還原成H2S后也以元素硫回收。
然后，從H2S分離器19出來(lái)且?guī)缀醪缓琀2S的殘余排氣在燃燒爐43中燃燒，之后以實(shí)質(zhì)上無(wú)故障狀態(tài)排入大氣中。
為得到用干進(jìn)料并吹空氣的煤氣化爐的復(fù)合發(fā)電設(shè)備用燃料氣，適宜的前述實(shí)施例所得結(jié)果列于第2表。
第2表
如第2表所示，管線11內(nèi)的精制氣中CO，CO2，粉塵和S化合物量顯著減少。H2O量也降低不少，而H2量增加。
但是，本發(fā)明并不僅限于煤氣化爐，當(dāng)然是廣泛適用于其它含CO和硫化合物的高溫還原性氣體的。
實(shí)施例2以下說(shuō)明如圖2所示本發(fā)明上述第3方面的實(shí)施例2。圖2中，與圖4相同的部分用相同符號(hào)表示，也省略了對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明。
如圖2所示，煤氣化爐21(特別是吹壓縮空氣的煤氣化爐)中生成的氣體送入氣體精制裝置23中，精制后再送入轉(zhuǎn)化反應(yīng)器26中。在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器26中，送入例如汽輪機(jī)抽出蒸汽，而在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器36的后流側(cè)設(shè)有CO2除去裝置37。
氣體精制裝置23出口氣是以CO，H2，N2為主要成分的可燃性氣體(參照后續(xù)第3頁(yè)的B點(diǎn))，在吹空氣氣化爐21中，其大致組成為CO＝25%，H2＝10%。
這種氣體與汽輪機(jī)抽出蒸汽混合后送入轉(zhuǎn)化反應(yīng)器36中，按以下反應(yīng)將CO氣轉(zhuǎn)化成CO2氣。
從CO到CO2的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從化學(xué)平衡上看，在低溫下進(jìn)行有利，實(shí)際上在300-500℃下操作比較好。
然而，上述式中，左邊和右邊的氣體放熱量之差在僅僅將CO轉(zhuǎn)化為H2時(shí)不會(huì)有大的危害，而且從燃?xì)廨啓C(jī)燃燒角度看，僅僅是H2增加部分就能提高燃燒的穩(wěn)定性。
因此，從通過(guò)轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的氣體性質(zhì)來(lái)看，是以H2，CO2，N2和若干CO、H2O為主要成分的可燃性氣(第3表中C點(diǎn))。將這種氣體送入CO2除去裝置27，CO2與主流氣分開(kāi)，主流氣送到燃?xì)廨啓C(jī)25，CO2在回收裝置等之中得以回收。因此，送入燃?xì)廨啓C(jī)25的氣體就成為以H2、N2氣體為主體的氣體，(在氧化氣化時(shí)，由于沒(méi)有N2，所以主要為H2)，在燃?xì)廨啓C(jī)25中燃燒時(shí)CO2的產(chǎn)生。如第3表D點(diǎn)所示，會(huì)大大下降，而且，由于生成氣中H2增加，因此可增加燃?xì)廨啓C(jī)25中的燃燒穩(wěn)定性。
在這種CO2除去裝置37中，可采用與周圍氣氛相適應(yīng)的氣體條件，如PSA法等物理吸附方式。
此外，從主流氣中分出的CO2，由于處于加壓狀態(tài)，設(shè)置了例如漲管器38的動(dòng)力回收結(jié)構(gòu)就可進(jìn)一步降低所內(nèi)動(dòng)力。但是，CO2回收后的狀態(tài)(固體，液體等)及用途(甲醇等的原料等)，在排出條件下的系統(tǒng)中，CO2的壓力常常沒(méi)有必要下降至常壓。
而且，在用PSA類方法除去CO2時(shí)，可用氣體精制裝置23除去的H2S，COS等硫化合物(30-100ppm范圍)也可用硫化合物分離器39分離，除去。這種硫化合物分離器39可以從CO2除去裝置37中處理后的煤氣(D點(diǎn))中分離除去硫化合物。從而得到高純度氣。圖2所示例子中，混入煤氣化爐21出口氣中。從硫化合物分離器中得到的氣體為高純度氣?？晒┤剂想姵氐?，也可適用于要求高純度的場(chǎng)合。
此外，在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器26中設(shè)置了熱回收裝置32，33，向CO2轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生的熱即可回收。
第3表
注上述A點(diǎn)～F點(diǎn)在圖2中標(biāo)為A-F。
權(quán)利要求
1.高溫還原氣精制方法，其特征是用吸收劑經(jīng)干法吸收，除去在高溫還原性氣中含有的硫化合物的高溫還原性氣精制方法中，向高溫還原性氣中注入蒸汽。該氣體在裝有氣體溫度控制用熱回收裝置的CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行處理，前述高溫還原性氣中CO轉(zhuǎn)換成CO2，而CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器排氣的溫度用熱回收裝置控制，同時(shí)氣中CO2和硫化合物得以除去，精制成精制氣，上述除去的CO2和硫相互分開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫還原性氣精制方法，其特征在于上述分出CO2的硫化合物中的H2S在Claus法硫回收裝置中轉(zhuǎn)換成元素硫得以回收。殘存氣中含有的硫和硫化合物用同一氣體中的氫氣還原成H2S并將其分離后，再循環(huán)到上述Claus法硫回收裝置中，轉(zhuǎn)換成元素硫后回收，殘余排氣然后進(jìn)行燃燒。
3.煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備，其特征在于在設(shè)有煤氣化爐，從該煤氣化爐生成氣中除去雜質(zhì)的氣體精制裝置，帶有將此氣體精制裝置中精制氣燃燒的燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備。從該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中回收燃?xì)廨啓C(jī)排氣熱而產(chǎn)生蒸汽的廢熱回收鍋爐。帶有用該廢熱回收鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽作動(dòng)力的汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)備的煤氣化復(fù)合發(fā)電設(shè)備中，在上述氣體精制裝置和上述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的燃燒器之間，設(shè)有上述氣體精制裝置中精制氣中CO轉(zhuǎn)化成CO2的反應(yīng)器，該反應(yīng)器中生成的CO2從氣中除去的CO2除去器，從該處理器中處理后的煤氣中分離硫化合物的硫化合物分離器。
全文摘要
高溫還原性氣精制方法是注入蒸汽后在帶氣體 溫控用熱回收裝置的CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中處理而將 CO轉(zhuǎn)化成CO
文檔編號(hào)C10K3/02GK1053898SQ91100960
公開(kāi)日1991年8月21日 申請(qǐng)日期1991年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月9日
發(fā)明者小川紀(jì)一郎, 末弘貢, 泉順, 瀨戶徹, 光岡薰明 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社