一种稳定高浓度CO原料气变换过程的控制方法技术

本发明专利技术提供一种稳定高浓度CO原料气变换过程的控制方法，所述的控制方法为控制变换反应的平衡，即通过控制反应物的浓度来控制反应的平衡，使平衡温距小于100度，避免了反应器因为平衡温距过大而发生CO过渡反应使催化剂床层超温，稳定了变换操作。本方法适应于变换CO干基含量为48-75%的粗煤气，该发明专利技术实施后,可以稳定变换过程的操作并能大幅度降低变换反应的水/气，节省水蒸气的用量，防止催化剂发生反硫化反应并节省设备投资，节能效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种稳定高浓度CO原料气变换过程的控制方法，尤其涉及一种以煤为原料高浓度CO原料气变换过程的稳定第一反应器操作的控制方法。
技术介绍
我国贫油少气富煤，煤化工在我国占有重要的地位。煤气化制氨、制甲醇、煤合成汽油等工程项目全面启动并进入快速发展阶段，相继引进和自主开发了许多新工艺，在众多的新工艺中，荷兰壳牌和德国西门子集团公司开发的粉煤气化(分别简称Siell粉煤气化和GSP气化技术)、改造的鲁奇粉煤气化(简称BGL气化)和我国自主开发的航天粉煤气化(简称HL气化)等新工艺，很受我国化工企业的青睐。这些新工艺虽然有其独特的优点， 但因制得的原料气中的CO含量高达60%以上，不仅加重了耐硫变换系统的CO变换负荷，而且还有可能引起高放热的甲烷化副反应使床层超温。因此稳定变换过程的操作和控制并抑制甲烷化副反应等问题，就成为高CO含量工艺气变换生产的关键。为避免发生甲烷化副反应，目前高CO含量工艺气变换都采用高水/气变换工艺。 现有技术虽可以抑制甲烷化副反应，这种工艺由于原料气CO和水气高，反应的推动力大， 变换反应的平衡温距高达几百度甚至上千度，一段催化剂的装量只要有少量的变化，就会明显影响床层的热点温度，因此必须依靠控制催化剂的用量来控制变换反应，进而控制床层的热点温度，这样就要求催化剂装量必须计算精确，否则会因为反应深度增加，造成床层 “飞温”的不良结果。实践证明有些厂在开车的初期，因不能达到满负荷生产使催化剂装量富余，或者因催化剂装填计算余量较大，反应器都出现了超温现象，为了降低反应器的温度，水/气都提高到2. 0以上，这样不仅造成能量的浪费，而且由于一段催化剂处于高水/气和高温的苛刻条件下运行，使催化剂更换频繁，生产不稳定而影响正常生产。
技术实现思路
本专利技术为一种稳定高浓度CO原料气变换过程的控制方法，尤其涉及一种以煤为原料高浓度CO原料气变换过程的稳定第一反应器操作的控制方法。所述的控制方法为控制变换反应的平衡，即通过控制反应物的浓度来控制反应的平衡，使变换反应的水气为 0. 10-0. 30，使平衡温距小于300度，更好的情况下平衡温距小于100度，避免了反应器因为平衡温距过大而发生CO过度反应使催化剂床层超温，稳定了变换操作。本专利技术适应于CO干基含量为48-75%的粗煤气的变换过程，即主要用于以煤、渣油和重油为原料制取氨合成气、甲醇合成气、氢气、城市煤气，煤制油，煤制烯烃和煤制气等的变换工艺过程。本专利技术采用的技术方案如下一种稳定高浓度CO原料气变换过程的控制方法，通过控制反应物的浓度来控制反应的平衡，使变换反应的水气体积比为0. 10-0. 70，床层热点温度小于460度，避免了反应器因为平衡温距过大而发生CO过度反应使催化剂床层超温，稳定了变换操作。其中，原料气中CO干基含量为48_75Wt%，水/气体积比为0. 10-1. 60。进一步，控制反应器入口水气的水/气体积比为0. 2-0. 7，最好是0. 2-0. 30。可通过下面三种方式调节1)采用废锅调节工艺气中水/气，通过调整废锅设备的压力高低来控制原料气中水含量，调整水/气的体积比为0. 2-0. 7，最好是0. 2-0. 4 ；或者2)利用原料气中的水含量直接进行变换反应，原料气的水/气体积比为0.1-0. 35，最好是0. 2-0. 25 ；或者3)采用段间喷水和/或添加蒸汽来控制工艺气中水/气，喷水可以是工艺冷凝液，也可以是脱盐水，喷水和/或添加蒸汽调整的水/气体积比为0. 2-0. 7，最好是0. 2-0. 4。变换反应催化剂床层入口温度为190-260度，热点温度小于460度，最好是小于 420 度。原料气中CO干基含量为48-75Wt%的粗煤气，水气体积比为1. 0-1. 2，通过上述三种方式任一种使原料气中的水气体积比降低，然后进入气液分离器，从气液分离器顶部出来的粗煤气被加热至180-260°C，进入第一反应器进行变换反应，其中的第一反应器入口的水/气体积比为0. 5左右，反应压力3. 0-4. OMPa，第一反应器热点温度为400_460°C，出口气体中干基CO的体积含量为32-48Wt% ；CO干基含量为32-48%的变换气与进第一反应器的气体进行换热再喷水降温至190-250°C，进入第二反应器继续进行变换反应，水/气体积比为0. 2-0. 40，入口温度为190-250°C，第二反应器床层的热点温度为390_450°C，第二反应器出口干基CO的体积含量为18-2洲。该专利技术实施后，变换炉的床层温度控制小于460度，最好小于420度，变换过程操作稳定灵活，没有甲烷化副反应发生。本专利技术实施后可以大幅度降低变换反应的水/气，节省水蒸气的用量，抑制催化剂发生反硫化反应并节省设备投资，节能效果显著。本专利技术典型的两段耐硫变换工艺流程(如图1所示)如下自气化来的煤气，其中CO干基含量为48-75Wt%的粗煤气(干)，水气体积比为1. 0-1. 2，首先进入废锅，通过调整废锅的压力使原料气中的水气降低到0. 30-0. 70，优选为0. 5左右，然后进入气液分离器，从气液分离器顶部出来的粗煤气被加热至180-260°C，进入第一反应器(一变炉)进行变换反应， 其中的第一反应器入口的水/气体积比为0. 5左右，反应压力3. 0-4. OMPa，第一反应器热点温度为400-460°C，出口气体中干基CO的体积含量为32-48%。CO干基含量为32-48%的变换气与进第一反应器的气体(原料气)进行换热再喷水降温至190-250°C进入第二反应器 (二变炉)继续进行变换反应，水/气体积比为0. 2-0. 40，入口温度为190-250°C，第二反应器床层的热点温度为390-450°C，第二反应器出口干基CO的体积含量为18-2 ，满足甲醇生产的要求。为实现本专利技术中的工艺条件，采用现有技术中的新型CO耐硫变换催化剂，所用新型CO耐硫变换催化剂QDB在2009-2011年《煤化工》广告中进行了公开。与现有控制催化剂装置的控制方法相比，本专利技术的控制手段用于两段制甲醇工艺具有如下明显优点(1)控制反应的水气，工艺条件缓和稳定现有技术中对于高CO含量高水气的原料气不降低反应的水/气，而是直接进入变换炉进行变换反应，变换反应的平衡温距高达500°C以上，床层的热点温度大于480°C，变换操作条件苛刻。本专利技术针对甲醇生产中，由于变换反应深度浅，所用水气小的原理，利用废锅将水气将第一反应器的水/气降低到0. 5左右(该水气满足甲醇生产的要求)使反应的平衡温距大大减小，反应深度容易控制、控制方法灵活安全和稳定。(2)催化剂使用寿命长由于水气低，露点温度低，因此可以降低反应入口温度，进而控制床层热点温度小于 460°C，工艺条件明显缓和，使第一反应器的催化剂可在缓和的工艺条件下运行，催化剂的使用寿命长。(3)节省蒸汽的用量，降低能耗现有技术中通常为防止甲烷化副反应，当原料气中水含量低时要添加蒸汽使第一段变换通常都将水/气控制在1. 3以上，不但变换催化剂床层温度难以控制，而且还浪费大量蒸汽。本专利技术控制入口的水/气的体积比在0. 15 0. 80范围内，不但稳定了变换操作，还大大降低了蒸汽的用量，因此采用本专利技术的工艺节能效果显著。以一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：纵秋云，刘捷，
申请(专利权)人：青岛联信化学有限公司，
类型：发明
国别省市：