一种用于高浓度CO原料气的绝热串等温变换工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种新型CO耐硫变换工艺，该工艺至少包括一段绝热变换和一段等温变换的CO耐硫变换生产工序。与传统的绝热变换工艺相比，本发明专利技术工艺可简化变换流程、减少设备投资,降低系统阻力、减少催化剂一次性使用量；与直接等温变换工艺相比，本发明专利技术将等温反应器设置在绝热反应器之后，利用第一级绝热变换产生的反应热，可保证等温变换反应器入口温度、避免直接等温变换工艺存在的热量自平衡困难的问题，能量利用合理，同时可避免原料气中灰尘等杂质串入等温反应器造成堵塞的问题，保证整个装置长周期稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高浓度CO原料气的绝热串等温变换工艺
本专利技术提供了一种以煤为原料生产氨合成气、氢气及甲醇合成气的新型CO耐硫变换工艺，具体地说是提供一种适用于高压高CO浓度原料气变换的“绝热+等温”的新型CO耐硫变换工艺。
技术介绍
以煤为原料的粉煤气化技术作为一种高效、清洁的煤气化技术，在我国煤化工得以广泛引进、开发及应用。粉煤气化制得的原料气中CO含量高达60％以上，对于制氨或制氢装置，现有成熟技术中多设置四段绝热变换进行深度变换，整个工艺流程长，系统阻力大，副产的蒸汽品位相对较低，能耗相对较高。近年来开发的直接等温变换技术应用于粉煤气化高压高浓度CO原料气的变换，因其具有流程短、变换反应深度容易控制、副产蒸汽品位高等技术优势备注人们关注，但该技术也存在以下两点不足，一是由于第一级变换采用等温反应器，变换反应热被热水移走，反应器出口温度较低，进入等温反应器的原料气通过与出口较低温度的变换气换热，很难保证入口温度甚至不能保证；二是等温反应器对原料气净化程度要求较高，目前设计通过在等温反应器前设置脱毒净化槽，在短期内可以缓解堵塞的问题，但脱毒槽除尘效果有限、加至变换装置每年开停车数次，无法长期保证等温反应器入口原料气得到较彻底的净化，一旦灰尘等杂质进入，极易造成反应器堵塞不能继续使用。因此，开发一种既能该缩短变换工艺流程，降低能耗；又能实现装置长周期稳定运行的新工艺很有必要。本专利技术开发一种“绝热+等温”新型CO耐硫变换生产工艺，发挥传统绝热变换与直接等温变换各自的优势，既能缩短流程、降低系统阻力，又能副产高品位蒸汽，实现装置长周期稳定运行。本专利技术的优势具体如下：(1)与先等温后绝热变换比较先等温后绝热变换，存在等温变换入口温度无法保障，等温反应器易堵塞，副产的中压蒸汽不能过热等不可避免的缺点；当原料气水气比较低时用于合成氨生产，还需要消耗额外的中压过热蒸汽，能量利用不合理。而本专利技术先绝热后等温，就能很好地解决变换反应热量的问题，经过一级绝热炉，不存在等温变换反应器堵塞的问题，对于整个变换装置长周期稳定运行非常有利。以上在专利
技术实现思路
中也做过阐述。如专利：CN201010518121，《一种用于高浓度一氧化碳变换的等温变换工艺方法》，专利所述为一段等温变换工艺，与本专利技术流程不同，同样也存在本专利技术所述的等温变换工艺的缺点。如专利：CN201210378121，《一种新型CO等温变换工艺方法》，专利为两段等温变换工艺，与本专利技术先绝热后等温不同，同样存在本专利技术所述的等温变换工艺的缺点。(2)与中石油、中石化等公司申请的绝热串等温变换工艺本专利技术专利适用于高CO浓度原料气变换，同时还限定了原料气水气比范围，实际上是针对国内外目前已有的高水气比高CO浓度原料气的变换，即GSP气化原料气、HT-L气化原料气、WHG气化原料气的变换均在此专利反应之内。高水气比高CO浓度原料气的变换，不同于低水气比高CO浓度(水气比低于0.30，一般为0.18-0.25)、低水气比低CO浓度、高水气比低CO浓度(CO浓度低于47％，一般为38-45％)等原料气的变换。因原料气的不同，导致工艺流程的设置以及控制方法上均有较大的差别。如专利：CN201210378068，《一种低水气比预变串联等温CO变换工艺》，专利所述预变水气比为0.19-0.23。本专利技术专利一级绝热反应器入口水气比在0.4以上。如专利：CN201210378103，《一种低水气比低变串饱和塔等温CO变换工艺》，专利针对于壳牌粉煤气化低水气比高CO浓度原料的变换。
技术实现思路
本专利技术提供了一种以煤为原料生产氨合成气、氢气及甲醇合成气的新型CO耐硫变换工艺，具体地说是提供一种适用于高压高CO浓度原料气变换的“绝热+等温”的新型CO耐硫变换工艺。本专利技术开发的“绝热+等温”新型CO耐硫变换生产工艺，发挥传统绝热变换与直接等温变换各自的优势，既能缩短流程、降低系统阻力，又能副产高品位蒸汽，实现装置长周期稳定运行。本专利技术通过如下技术方案实现：本专利技术工艺至少包括1段耐硫绝热变换与1段耐硫等温变换，来自气化的高CO浓度原料气首先进入脱毒槽脱除粉尘等杂质后，被来自第一级绝热变换反应器出口的气体加热至200-260℃，进入第一反应器进行一级变换反应，床层温度为300-450℃，出口干基CO的体积含量为30-40％；从第一反应器中出来的气体首先与第一反应器入口气体进行换热后，再经过热回收并根据进入第一反应器工艺气特点及工艺要求，补加蒸汽或淬水满足等温变换所需要的水气比，温度调整至200-260℃后进入第二级等温反应器继续变换反应，二级变换反应出口气体中干基CO的体积含量≤1.5％,出口温度根据副产的蒸汽汽包压力调整，等温反应器蒸汽汽包压力可控制在1.3-4.5MpaG，副产的饱和蒸汽根据需要加入到第一级或第二级变换反应器中以补充变换所需要的水气比，蒸汽压力等级可满足合成氨或甲醇装置生产需要，从第二级反应器中出来的气体再经过一系列热回收及冷却分离后，温度降低至40℃，进入后续净化工段。第二级等温变换反应器后也可以再串联一台等温反应器或低温绝热反应器，继续将变换气中干基CO的体积含量降低至0.4％以下，以满足后续净化工段对变换产品气的要求。当用于合成氨或氢气生产时，二级变换后出口气体中干基CO的体积含量≤1.5％；或者，当用于合成甲醇生产时，二级变换变换后出口气体中干基CO的体积含量控制为≤21.5％就可以了。上述第二级等温变换入口的水气比，根据进入第一反应器工艺特点及工艺要求，可以添加蒸汽或淬水的方式调整。如用于合成氨生产时，要求出变换装置气体中干基CO的体积含量≤1.5％，当原料气中CO含量高达58％以上而自带的水气比低于0.76，则在第二级等温变换入口补加蒸汽和淬水，蒸汽和淬水的流量根据二级反应器入口温度及出口CO含量指标要求进行了合理调整，即同时满足CO变换率要求以及等温反应器催化剂入口温度要求；而当原料气中CO含量高达65％，自带的水气比低于1.10但高于0.90，原料气自带的水气比不足以维持整个变换反应率，此时通过一级绝热炉反应热，补加淬水，使变换总水气比达到变换率要求，从而满足出口CO指标要求。上述耐硫变换生产工艺中，第一级变换采用绝热分层装填反应器，有足够的绝热变换反热与原料气换热，以保证第一级与第二级变换反应初末期运行所要求的入口温度；第二级变换采用等温变换反应器，两级变换均使用钴钼系耐硫变换催化剂，参与变换反应的原料气中干基CO体积含量在30-80％，最好是50-70％，反应压力1.0-8.0Mpa，最好是3.0-6.5Mpa。本专利技术为“绝热+等温”耐硫变换生产工艺，与传统的绝热变换工艺相比，本专利技术工艺可缩短变换流程、减少系统阻力、节省高品位蒸汽能源消耗、减少催化剂一次性使用量；由于等温变换炉设置在绝热反应器后面，有足够的反应热保证等温变换炉入口温度，使催化剂在较佳的活性温区内发挥作用，能量利用更加合理；经过一级绝热变换后，进入等温反应器中的气体已经非常干净，不会带来反应器堵塞的问题，等温反应器可实现长周期稳定运行。本专利技术所述的“绝热+等温”耐硫变换生产工艺既可以用于合成氨装置变换生产过程，又可以用于甲醇装置变换生产过程，当用于甲醇装置生产过程，因变换反应深度较浅，只需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型CO耐硫变换工艺，其特征在于：至少包括1段耐硫绝热变换与1段耐硫等温变换；第一级耐硫绝热变换：高CO浓度原料气经过预热后并除去灰尘As、Cl‑1等杂质，进入第一级绝热反应器，反应器出口温度300‑450℃，出口干基CO的体积含量为25‑45％；第二级耐硫等温变换：将从第一级绝热变换反应器中出来的气体预热至200‑260℃后，然后再经过热回收，根据工艺气特点及工艺要求补加蒸汽或淬水，温度调整至200‑260℃进入第二级等温反应器继续变换反应，合成氨或氢气生产，二级变换后出口气体中干基CO的体积含量≤1.5％。

【技术特征摘要】
1.一种CO耐硫变换工艺，其步骤如下：CO干基含量为70％、水气比为0.76的原料气首先进入脱毒槽脱除杂质后，与第一级绝热变换反应后的气体换热到240℃，进入第一反应器进行第一级绝热变换反应，第一级反应器床层的热点温度为350℃，反应压力3.6MPa，第一级反应器出口气体中CO干基含量为40％；第一级绝热变换反应后的气体首先与第一级反应器的入口原料气换热，再经过一台蒸汽过热器过热系统自产的中压饱和蒸汽，然后补加过热蒸汽及淬水，调整温度至250℃，进入第二级等温变换反应器继续变换反应，第二级等温变换反应器出口温度265℃，出口CO干基含量为1.5％；第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖杰飞，刘博男，王利军，杜伟东，张晋，李袖章，高辉，纵秋云，
申请(专利权)人：青岛联信催化材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37