專利名稱：一種用于高濃度一氧化碳變換的等溫變換工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以煤為原料粉煤氣化的等溫變換工藝方法，在恒定溫度下進(jìn)行CO 與水蒸汽變換成CO2與H2的方法，具體為CO干基體積含量在40 75%的煤氣與水蒸氣在 列管式等溫變換反應(yīng)器中發(fā)生變換反應(yīng)，主要用于高濃度一氧化碳變換的耐硫變換工藝。
背景技術(shù)：
由于石油資源日趨緊張，煤炭作為重要的能源和化工原料，其重要性日益顯現(xiàn)。我 國(guó)是一個(gè)石油資源貧乏，煤炭資源相對(duì)豐富的國(guó)家，更好地利用煤炭資源對(duì)我國(guó)有著重要 的戰(zhàn)略意義。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)煤化工事業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的快速發(fā)展階段，以煤為 原料生產(chǎn)合成氨、制甲醇以及煤液化等煤化工項(xiàng)目全面啟動(dòng)。期間引進(jìn)了多套荷蘭殼牌公 司開(kāi)發(fā)的粉煤氣化工藝和德士古的水煤漿加壓氣化工藝，殼牌粉煤氣化工藝和德士古水煤 漿加壓氣化工藝都屬于加壓氣流床煤氣化工藝；同時(shí)國(guó)內(nèi)加壓氣流床煤氣化技術(shù)也得到了 很大的發(fā)展，以航天11所的航天爐、西安熱工院的兩段爐等為代表。由于加壓氣流床煤氣化工藝氣化壓力高、氣化溫度高、氣化效率高、三廢排放少等 優(yōu)點(diǎn)，為目前煤氣化技術(shù)主流，氣化爐出口 CO含量較高也是其特點(diǎn)之一。一氧化碳變換工藝是煤化工生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是合成氨、制甲醇及制氫工藝中重 要的凈化工藝過(guò)程，一氧化碳變換一方面通過(guò)變換反應(yīng)除去大部分一氧化碳，另一方面可 以將一氧化碳轉(zhuǎn)換為有效氣體氫氣。由于氣流床煤氣化工藝產(chǎn)生的粗煤氣中一氧化碳含量較高(達(dá)到60%以上)，在絕 熱變換反應(yīng)器內(nèi)，易造成床層的熱點(diǎn)溫度高，嚴(yán)重影響了催化劑的使用壽命，同時(shí)設(shè)備操作 工況惡劣。針對(duì)高CO濃度的變換目前有高汽/氣比(汽/氣比一般在0. 9 1. 8之間)和 低汽/氣比(汽/氣比一般在0. 2 0. 4之間)兩種變換工藝，但都采用絕熱反應(yīng)器。高汽 /氣比和低汽/氣比兩種變換工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)高汽/氣比變換工藝單個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng) 負(fù)荷較大，同等變換深度的情況下高汽/氣比工藝可以減少反應(yīng)器的個(gè)數(shù)，同時(shí)高汽/氣 比可以有效控制甲烷化副反應(yīng)的發(fā)生，但是由于煤氣中CO含量高，高汽/氣比工況下變換 反應(yīng)推動(dòng)力大，催化劑床層熱點(diǎn)溫度高，甚至頻繁出現(xiàn)反應(yīng)器超溫的現(xiàn)象，影響變換催化劑 的使用壽命和設(shè)備的安全操作，同時(shí)高汽/氣比工藝蒸汽消耗較高，裝置運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)；低汽 /氣比變換工藝可以較為平穩(wěn)的控制變換反應(yīng)的深度，實(shí)現(xiàn)在較低熱點(diǎn)溫度下平穩(wěn)運(yùn)行，有 利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，降低對(duì)反應(yīng)器設(shè)備的要求，同時(shí)蒸汽消耗較低，降低了裝置的 運(yùn)行成本，但是低汽/氣比工況下出現(xiàn)甲烷化副反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)比高汽/氣比工況高，且低汽/ 氣比工藝單個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)負(fù)荷較低，設(shè)備利用率較差。90年代，四川瀘縣化肥廠曾經(jīng)在天然氣制合成氨的流程中使用過(guò)列管式等溫變換 爐，但為低濃度CO變換，變換爐入口的CO含量在5 6%。德國(guó)林德公司也曾研究過(guò)等溫變 換爐，其爐型為蛇管式等溫變換爐，催化劑填充在蛇管外，移走反應(yīng)熱量的鍋爐給水或冷凝 液走蛇管內(nèi)，用于天然氣制合成氨的低濃度CO變換工藝。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種既能控制CO變換反應(yīng)又可以降低蒸汽消耗；既解決高濃度CO變換的超溫和甲烷化風(fēng)險(xiǎn)，又可以延長(zhǎng)變換催化 劑的使用壽命的用于高濃度一氧化碳變換的等溫變換工藝方法。本發(fā)明采用的技術(shù)手段是一種用于高濃度一氧化碳變換的工藝方法，所述的工 藝為氣流床粉煤氣化的粗煤氣變換工藝，具體為粗煤氣首先進(jìn)入煤氣分離器中分離除去液 滴，然后進(jìn)入換熱器加熱，接著進(jìn)入煤氣過(guò)濾器中除去煤氣中對(duì)變換催化劑有害的物質(zhì)，根 據(jù)煤氣的組成和CO變換深度的要求加入中壓蒸汽調(diào)節(jié)好汽/氣比之后進(jìn)入等溫變換反 應(yīng)器進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)，出等溫變換反應(yīng)器的變換氣根據(jù)工藝需要進(jìn)入下游設(shè)備處 理。其中，粗煤氣中含有高濃度的一氧化碳，其干基含量為40 75%，等溫變換反應(yīng)器入口 氣體的汽/氣體積比為0. 6 1. 5，反應(yīng)器入口溫度為210 290 °C，操作壓力為3. 0 6. 5MPa,反應(yīng)管內(nèi)的熱點(diǎn)溫度不超過(guò)340 °C，變換催化劑為CO耐硫變換反應(yīng)催化劑，等溫 變換反應(yīng)器出口的CO濃度可以根據(jù)裝置要求通過(guò)調(diào)節(jié)入口汽/氣比來(lái)控制。本發(fā)明根據(jù)原料粗煤氣的潔凈程度對(duì)煤氣進(jìn)行過(guò)濾處理后再進(jìn)入等溫變換反應(yīng) 器，以減輕煤氣中有害物質(zhì)對(duì)變換催化劑的毒害，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命；根據(jù)粗煤氣中 CO含量高低、水汽含量多少以及裝置對(duì)CO變換深度的要求通過(guò)加入中壓蒸汽來(lái)調(diào)節(jié)等溫 變換反應(yīng)器入口的汽/氣比，以控制CO變換反應(yīng)的深度，可以減少蒸汽消耗，降低運(yùn)行成 本；本發(fā)明根據(jù)耐硫變換催化劑的最佳反應(yīng)溫度以及等溫變換反應(yīng)器入口煤氣的水汽含量 來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器的溫度，可以最大限度地利用變換催化劑的反應(yīng)活性和延長(zhǎng)變 換催化劑的使用壽命；本發(fā)明中等溫變換反應(yīng)器的管內(nèi)裝填變換催化劑，管間通過(guò)鍋爐給 水副產(chǎn)蒸汽來(lái)移走反應(yīng)熱量，以維持反應(yīng)管內(nèi)的溫度穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)節(jié)副產(chǎn)蒸汽的壓力來(lái)控 制反應(yīng)管內(nèi)的溫度；由于粗煤氣中通常含有一定量的硫組分，本發(fā)明中變換催化劑建議使 用Co Mo系耐硫變換催化劑。本發(fā)明的創(chuàng)新在于工藝流程方法，其中，所采用的煤氣分離 器、換熱器加熱、煤氣過(guò)濾器和等溫變換反應(yīng)器等設(shè)備均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)即可。綜上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1 )本發(fā)明采用等溫變換反應(yīng)器，使裝置操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)；既解決高濃度CO變換 的超溫和甲烷化風(fēng)險(xiǎn)，又可以延長(zhǎng)變換催化劑的使用壽命，工業(yè)意義和經(jīng)濟(jì)效益顯著。( 2 )本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)等溫變換爐入口汽/氣比來(lái)控制CO變換反應(yīng)的深度，既可 以很好地控制CO變換反應(yīng)又可以降低蒸汽消耗；解決高汽/氣比變換工藝蒸汽消耗高的問(wèn) 題，降低裝置運(yùn)行消耗。( 3 )本發(fā)明降低了變換裝置的最高操作溫度，降低了對(duì)設(shè)備和管道材料的要求。( 4 )本發(fā)明可以簡(jiǎn)化變換裝置的工藝流程，節(jié)約裝置建設(shè)投資。( 5 )本發(fā)明可以使變換催化劑在最佳使用溫度下操作，提高了變換催化劑的使用 效率和延長(zhǎng)了變換催化劑的使用壽命，降低裝置運(yùn)行成本。


圖1為“GSP”粉煤氣化制合成氨CO等溫變換工藝流程簡(jiǎn)圖。圖2為航天爐粉煤氣化制合成氨CO等溫變換工藝流程簡(jiǎn)圖。圖3為“Shell”粉煤氣化制合成氨⑶等溫變換工藝流程簡(jiǎn)圖。圖4為“Shell”粉煤氣化制甲醇CO等溫變換工藝流程簡(jiǎn)圖。
圖中SEP—煤氣分離器，HEX—煤氣加熱器，F(xiàn)IL—煤氣過(guò)濾器，MIX—蒸汽混器， REC—等溫變換反應(yīng)器，RBS—汽包
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
如圖1所示，來(lái)自“GSP”粉煤氣化裝置的粗煤氣溫度為216°C，壓力為3. 7Mpa。煤氣 首先進(jìn)入煤氣分離器SEP中分離夾帶的液滴，分離后的煤氣進(jìn)入煤氣加熱器HEX升溫至 250°C后，再經(jīng)煤氣過(guò)濾器FIL除去煤氣中對(duì)變換催化劑有害的物質(zhì)，然后進(jìn)入等溫變換反 應(yīng)器REC進(jìn)行變換反應(yīng)，煤氣在等溫變換反應(yīng)器中走管程，殼程管間通過(guò)鍋爐給水副產(chǎn)蒸 汽移走反應(yīng)熱，鍋爐給水在汽包RBS與等溫變換反應(yīng)器REC殼程管間在鍋爐給水與汽水混 合物密度差產(chǎn)生的推動(dòng)力作用下實(shí)現(xiàn)自循環(huán)。等溫變換反應(yīng)器產(chǎn)生的蒸汽在汽包RBS中進(jìn) 行氣液分離后送蒸汽管網(wǎng)，同時(shí)連續(xù)補(bǔ)充鍋爐給水到汽包中，以維持水汽系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 等溫變換反應(yīng)器入口和出口的氣體組成見(jiàn)下表
權(quán)利要求
一種用于高濃度一氧化碳變換的等溫變換工藝方法，所述的工藝為氣流床粉煤氣化的粗煤氣變換工藝，具體包括如下步驟粗煤氣首先進(jìn)入煤氣分離器中分離除去液滴，然后進(jìn)入換熱器加熱，接著進(jìn)入煤氣過(guò)濾器中除去煤氣中對(duì)變換催化劑有害的物質(zhì)，根據(jù)煤氣的組成和CO變換深度的要求加入中壓蒸汽調(diào)節(jié)好汽/氣比之后進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)，出等溫變換反應(yīng)器的變換氣根據(jù)工藝需要進(jìn)入下游設(shè)備處理；變換催化劑為CO耐硫變換反應(yīng)催化劑，等溫變換反應(yīng)器出口的CO濃度可以根據(jù)裝置要求通過(guò)調(diào)節(jié)入口汽/氣比來(lái)控制；變換反應(yīng)催化劑裝填在列管內(nèi)，管外通過(guò)鍋爐給水副產(chǎn)蒸汽移走反應(yīng)熱以維持管內(nèi)的溫度保持穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫變換工藝方法，其特征在于所述的粗煤氣中含有高濃度 的一氧化碳，其干基體積含量為45 75%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫變換工藝方法，其特征在于所述的原料氣進(jìn)入等溫變換 反應(yīng)器的溫度為210 290°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫變換工藝方法，其特征在于所述的反應(yīng)器入口氣體中水 蒸汽/干氣體積比范圍為0. 6 1. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫變換工藝方法，其特征在于所述的列管式等溫反應(yīng)器反 應(yīng)管內(nèi)的熱點(diǎn)溫度不超過(guò)340°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫變換工藝方法，其特征在于所述的煤氣操作壓力在 3. 0 6. 5 MPaA 之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于高濃度一氧化碳變換的工藝方法，具體為粗煤氣經(jīng)過(guò)分離、加熱和過(guò)濾處理后加入中壓蒸汽調(diào)節(jié)汽/氣比，然后進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行CO變換反應(yīng)。其中，粗煤氣中CO干基體積含量為40-75%，等溫變換反應(yīng)器入口氣體的汽/氣體積比為0.6-1.5，反應(yīng)器入口溫度為210-290℃，操作壓力為3.0-6.5MPa，反應(yīng)管內(nèi)熱點(diǎn)溫度不超過(guò)340℃。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)等溫變換爐入口汽/氣比來(lái)控制CO變換反應(yīng)的深度，既可以很好地控制CO變換反應(yīng)又可以降低蒸汽消耗；本發(fā)明采用等溫變換反應(yīng)器，既可以解決高濃度CO變換的超溫和甲烷化風(fēng)險(xiǎn)，又可以延長(zhǎng)變換催化劑的使用壽命，工業(yè)意義和經(jīng)濟(jì)效益顯著。
文檔編號(hào)C01B3/02GK101955154SQ20101051812
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者付元波 申請(qǐng)人:付元波