高浓度一氧化碳等温变换工艺及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高浓度一氧化碳等温变换工艺及其系统，解决了现有变换工艺存在的流程长、系统阻力降大、催化剂寿命短的问题。技术方案为将原料气先经过原料气分离器分离夹带的水分，然后经过原料气过滤器过滤后气进入气冷变换反应器的壳程预热，预热后的原料气进入1#水冷变换反应器进行变换反应并利用汽包副产蒸汽来移走变换反应的反应热，出1#水冷变换反应器的变换气回送入所述气冷变换反应器的管程中预热壳程中的原料气移走反应热并继续进行变换反应，出气冷变换反应器的变换气进一步回收热量、分离出冷凝液后进入下游工序。本发明专利技术流程简单、系统靠性、甲烷化副反应小、流程短、系统阻力小、催化剂使用寿命长、设备投资和运行成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种等温变换工艺及其系统，具体的说是一种高浓度一氧化碳等温变 换工艺及其系统。
技术介绍
我国是一个煤炭资源丰富，石油资源相对缺乏的国家，煤炭资源的高效利用对我 国有重要的战略意义，进入21世纪以来，我国的煤化工事业进入一个高速发展的阶段，以 煤为原料生产合成氨尿素、制氢、合成甲醇、制乙二醇、合成天然气等技术得到了大力发展。 -氧化碳变换工序是现代煤化工技术中不可或缺的一环，其主要作用是通过变 换反应调整合成气中一氧化碳和氢气的比例，以满足下游合成反应的要求，随着新型煤气 化技术的推广应用，连续加压气化技术得到了快速的发展，具有代表性的有粉煤气化工艺 (SHELL、航天炉、GSP等）和水煤浆气化工艺（德士古、多喷嘴、多元料浆等）。粗煤气中的 一氧化碳含量（干基）在原来传统的30%基础上不断提高，有的甚至达到了 70%以上。 变换反应是一个放热反应，传统的变换工艺采用绝热变换反应器，高浓度一氧化 碳的变换反应由于反应推动力太大，往往造成催化剂床层超温，严重影响催化剂的使用寿 命和操作的稳定性。为了解决这个难题，一般采用高水气比工艺或低水气比工艺，高水气比 工艺中原料气的水气比及一氧化碳含量均很高，必须精确计算催化剂的装填量，否则催化 剂床层就会出现超温，低水气比工艺中原料气的水气比较低，通过反应平衡可以很好的控 制反应温度，但是低水气比工艺存在甲烷化副反应的风险。另外，传统绝热变换工艺普遍存 在流程长、设备多、系统阻力降大、床层热点温度高、催化剂寿命短等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种流程简单、系统可靠性好、甲烷 化副反应小、流程短、系统阻力小、催化剂使用寿命长、系统温度控制良好、设备投资和运行 成本低的高浓度一氧化碳等温变换工艺。 本专利技术还提供一种用于上述工艺的高浓度一氧化碳等温变换系统。 一种高浓度一氧化碳等温变换工艺，其特征在于，将来自上游的含高浓度一氧化 碳的原料气先经过原料气分离器分离夹带的水分，然后经过原料气过滤器过滤掉粉尘和有 毒物质后气进入气冷变换反应器的壳程预热，预热后的原料气进入1#水冷变换反应器进 行变换反应并利用汽包副产蒸汽来移走变换反应的反应热，出1#水冷变换反应器的变换 气回送入所述气冷变换反应器的管程中预热壳程中的原料气移走反应热并继续进行变换 反应，出气冷变换反应器的变换气进一步回收热量、分离出冷凝液后进入下游工序。 所述出气冷变换反应器的变换气调整水汽比后送入绝热变换反应器，出绝热变换 反应器的变换气再进一步回收热热量、分离出冷凝液后进入下游工序。 所述出1#水冷变换反应器的变换气先经2#水冷变换反应器进一步进行变换反应 并利用汽包副产蒸汽来移走变换反应的反应热，出2#水冷变换反应器的变换气回送入所 述气冷变换反应器的管程。 所述来自上游的含高浓度一氧化碳的原料气中的一氧化碳干基体积含量为40~ 90%，水蒸汽/干气体积比范围为0? 2~1. 6压力范围为3. 0~8. 7MPaG。 经气冷变换反应器预热后原料气温度范围为200~290°C。 所述的水冷变换反应器高温移热区的热点温度范围为180~350°C，副产中压蒸 汽压力范围为〇? 5~6. OMPaG。 所述水冷变换反应器为浮头式水冷变换反应器或板式水冷变换反应器。 所述浮头式水冷变换反应器包括壳体、位于壳体上段的上管箱、中段的中间筒体 和下段的下管箱，所述中间筒体内设有多根两端分别连通上管箱和下管箱的换热管，所述 换热管内填装有变换催化剂，所述下管箱内填装有惰性瓷球，且所述下管箱与壳体底部具 有间隙，所述间隙与中间筒体连通；所述上管箱内设有垂直中间隔板，所述壳体顶部的原料 气进口与上管箱内中间隔板的一侧相通，所述壳体顶部的变换气出口与上管箱内中间隔板 的一侧相通，所述中间筒体上设有锅炉水进口和蒸汽出口。 所述板式水冷变换反应器包括壳体、位于壳体上段的上管箱、中段的中间筒体和 下段的下管箱，所述中间筒体的轴线上设有中心管，中心管外周设有环形的换热板组，所述 换热板组由数块辐射状设置换热板组成，相邻换热板间的间隙中填充有变换催化剂，所述 换热板组与壳体之间具有集气环隙，所述集气环隙依次与上管箱和位于壳体顶部的变换气 出口连通；所述中心管管壁上设置气体分布孔，所述中心管的下端与壳体底部的原料气进 口连通；所述换热板组的下端与壳体底部的锅炉水进口连通，上端与壳体顶部的蒸汽出口 连通。 所述中心管与换热板组间还具有内间隙，内间隙中填充有变换催化剂。 用于上述工艺的高浓度一氧化碳等温变换系统，包括依次连接的原料气分离器、 原料气过滤器、气冷变换反应器的壳程、1#水冷变换反应器、气冷变换反应器的管程和冷却 回收系统；所述1#水冷变换反应器带有汽包用于副产蒸汽。 所述气冷变换反应器的壳程或管程经绝热变换反应器与冷却回收系统连接。 所述气冷变换反应器的壳程依次经1#水冷变换反应器、2#水冷变换反应器与气 冷变换反应器的管程连接，所述2#水冷变换反应器带有汽包用于副产蒸汽。 所述水冷变换反应器为浮头式水冷变换反应器或板式水冷变换反应器。 所述浮头式水冷变换反应器包括壳体、位于壳体上段的上管箱、中段的中间筒体 和下段的下管箱，所述中间筒体内设有多根两端分别连通上管箱和下管箱的换热管，所述 换热管内填装有变换催化剂，所述下管箱内填装有惰性瓷球，且所述下管箱与壳体底部具 有间隙，所述间隙与中间筒体连通；所述上管箱内设有垂直中间隔板，所述壳体顶部的原料 气进口与上管箱内中间隔板的一侧相通，所述壳体顶部的变换气出口与上管箱内中间隔板 的一侧相通，所述中间筒体上设有锅炉水进口和蒸汽出口。 所述板式水冷变换反应器包括壳体、位于壳体上段的上管箱、中段的中间筒体和 下段的下管箱，所述中间筒体的轴线上设有中心管，中心管外周设有环形的换热板组，所述 换热板组由数块辐射状设置换热板组成，相邻换热板间的间隙中填充有变换催化剂，所述 换热板组与壳体之间具有集气环隙，所述集气环隙依次与上管箱和位于壳体顶部的变换气 出口连通；所述中心管管壁上设置气体分布孔，所述中心管的下端与壳体底部的原料气进 口连通；所述换热板组的下端与壳体底部的锅炉水进口连通，上端与壳体顶部的蒸汽出口 连通。 所述中心管与换热板组间还具有内间隙，内间隙中填充有变换催化剂。 所述冷却回收系统可以包括但不限于依次连接的低压废热锅炉、除盐水预热器、 变换分离冷却器以及变换气分离器，用于对变换气降温冷却，并分离出冷凝液。 本专利技术中，预热后的原料气在水冷变换反应器中进行变换反应，反应热可由汽包 回收，副产蒸汽，出水冷变换反应器中的变换气温度为260~280度，此时，可用通入气冷变 换反应器的管程进一步进行变换反应，反应热可用于预热过滤后的原料气，采用两级变换 反应，变换反应热能快速移出，有效降低甲烷化副反应的风险，降低系统阻力。 进一步的，根据，所述水冷变换反应器可两个串联使用，或者在气冷变换反应器后 再串联一个绝热变换反应器，形成三级变换流程，进一步提高变换效率和系统当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高浓度一氧化碳等温变换工艺，其特征在于，将来自上游的含高浓度一氧化碳的原料气先经过原料气分离器分离夹带的水分，然后经过原料气过滤器过滤掉粉尘和有毒物质后气进入气冷变换反应器的壳程预热，预热后的原料气进入1#水冷变换反应器进行变换反应并利用汽包副产蒸汽来移走变换反应的反应热，出1#水冷变换反应器的变换气回送入所述气冷变换反应器的管程中预热壳程中的原料气移走反应热并继续进行变换反应，出气冷变换反应器的变换气进一步回收热量、分离出冷凝液后进入下游工序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王照成，肖敦峰，李繁荣，徐建民，夏吴，谢德虎，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42