專利名稱：低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一氧化碳變換工藝，特別是涉及合成氣中一氧化碳干基體積濃度 ^ 50%的高濃度一氧化碳變換工藝。
背景技術(shù)：
一氧化碳變換是氨合成氣、羰基合成氣及制氫等生產(chǎn)過程中的重要凈化工藝過程。在一氧化碳變換過程中既清除掉過量的一氧化碳，同時又利用一氧化碳將水轉(zhuǎn)化成所需要的有效氣體成分氫氣，再通過不同類型的反應(yīng)過程生產(chǎn)合成氨、甲醇、氫氣等化工產(chǎn)
品一氧化碳變換主要工藝原理是一氧化碳與水蒸汽在一定的溫度、壓力和催化劑作用下發(fā)生化學反應(yīng)，化學反應(yīng)式為CCHH2O = C02+H2+Q從化學方程式可以看出，隨著反應(yīng)的進行，系統(tǒng)中的水蒸汽濃度降低，溫度升高， 為使變換反應(yīng)進行下去，直至一氧化碳的濃度符合工藝要求，工藝流程的主要任務(wù)有二 1，降低變換氣溫度，使其維持在合理的范圍；2，補充變換反應(yīng)消耗的水蒸汽，保證反應(yīng)進行；傳統(tǒng)的工藝流程采用換熱器(主要是廢熱鍋爐)降低變換氣的溫度，在第一臺變換爐前及變換爐之間給變換氣補充水蒸汽維持系統(tǒng)中的水蒸汽濃度，并沒有將上述兩項任務(wù)結(jié)合起來，導致流程中設(shè)置了大量的換熱器，流程復雜投資高且水蒸汽消耗也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種更加節(jié)能，即蒸汽消耗更低，更加節(jié)約投資的一氧化碳變換工藝。為達上述目的，本發(fā)明一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝，一氧化碳干基體積濃度>50%的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成氣進入變換爐進行變換反應(yīng)，沿變換氣流向，自第一臺變換爐進口至最后一臺變換爐出口之間的路徑上沒有設(shè)置換熱器，其間變換氣采用加水的方式降溫。本發(fā)明一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝，其中一氧化碳干基體積濃度 >50%的合成氣先用該工藝系統(tǒng)中來自最后一臺變換爐的變換氣預熱，所述預熱在預熱器中進行，反應(yīng)所需的水蒸汽一次性混入所述預熱后的合成氣中，將水蒸汽混入合成氣的過程可在預熱器和第一臺反應(yīng)爐之間的管路上進行，也可以直接混合，或者通過靜態(tài)混合器或者容器混合；然后所述混入水蒸汽的合成氣進入第一臺變換爐進行變換反應(yīng)；變換氣自第一臺變換爐出來后經(jīng)加水降溫再進入第二臺變換爐進行變換反應(yīng)，依次類推，后續(xù)各臺變換爐中的變換反應(yīng)均按此程序進行，直至一氧化碳濃度滿足工藝要求，變換爐至少設(shè)有兩臺，優(yōu)選3-5臺。加水降溫可采用在變換爐之間的管路中直接噴水的方式，也可采用其它加水方式。來自最后一臺變換爐的變換氣，預熱將要進入第一臺變換爐的原料合成氣后，經(jīng)熱回收降溫及循環(huán)水冷卻后氣液分離，得到的一氧化碳濃度滿足工藝要求的變換氣送至下游工藝裝置。上述熱回收降溫和循環(huán)水冷卻及氣液分離可采用的設(shè)備由一系列換熱器和氣液分離器組成。本發(fā)明工藝所用的催化劑是鈷鉬系一氧化碳耐硫?qū)挏刈儞Q催化劑，是本領(lǐng)域常規(guī)催化劑。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述反應(yīng)用水蒸汽在第一臺變換爐前一次性加入，蒸汽的加入量要確保在第一臺變換爐內(nèi)變換反應(yīng)放出的熱量足夠下游加入的水能夠全部汽化，蒸汽的加入量也不可太多，否則變換反應(yīng)放出的熱量太多就需要設(shè)置換熱器給變換氣降溫，蒸汽的加入量還取決于第一臺變換爐的設(shè)計溫度和其內(nèi)裝催化劑的最高允許工作溫度。第一臺變換爐內(nèi)一氧化碳濃度最高，在第一臺變換爐前一次性加入所需的反應(yīng)用水蒸汽，為變換反應(yīng)提供了足夠量的水蒸汽，在反應(yīng)推動力最大的第一臺變換爐內(nèi)， 盡可能降低一氧化碳的濃度，充分利用了合成氣中一氧化碳濃度高的特點，降低了后續(xù)變換爐中的反應(yīng)負荷，也為后續(xù)變換爐提供了足夠的熱量。所述變換爐自第二臺開始，后續(xù)每臺變換爐利用上一臺變換爐的反應(yīng)熱使加入到變換氣中的水汽化，一方面提高了變換氣中水蒸汽的濃度，另一方面降低了變換氣的溫度，有利于反應(yīng)向生成氫氣的方向進行。加水降溫措施充分利用了反應(yīng)熱，不需要再次補充水蒸汽，降低了蒸汽消耗，體現(xiàn)了節(jié)能的特點；第一臺變換爐與最后一臺變換爐之間不需要設(shè)置換熱器，降低了設(shè)備投資，簡化了工藝操作，體現(xiàn)了節(jié)約投資的特點。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述一氧化碳干基體積濃度>50%的合成氣是一種以焦炭或煤為原料制造的工業(yè)煤氣，主要成分是一氧化碳和氫氣，一氧化碳干基體積濃度約為50 80%。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述變換爐至少為兩臺，優(yōu)選為3-5臺。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中沿變換氣流向自第一臺變換爐進口至最后一臺變換爐出口之間的路徑上，變換爐之間的變換氣降溫所用的水可以是變換氣降溫產(chǎn)生的凝液，該凝液可以是經(jīng)過汽提處理的變換氣降溫產(chǎn)生的工藝凝液，也可以不經(jīng)汽提處理直接使用變換氣降溫產(chǎn)生的工藝凝液，或者使用鍋爐水，所述鍋爐水是指經(jīng)過脫鹽除氧的高純度水，為化工領(lǐng)域常用的高純度水。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述混入水蒸汽的合成氣進入第一臺變換爐入口溫度范圍為200°C _290°C，但是不得低于工藝氣露點溫度和催化劑起活溫度。進入第一臺變換爐的混入水蒸汽的合成氣水/氣體積比為0. 4-1. 1，所述水氣比是指含水蒸汽的合成氣中水蒸汽與干基合成氣的體積比，干基合成氣即不含水分的合成氣。水氣比的控制主要是通過流量控制閥控制水蒸汽的加入量，因為原料合成氣組成及含水量基本穩(wěn)定，所以不同的蒸汽加入量，就對應(yīng)不同的水氣比。本發(fā)明所用的催化劑是鈷鉬系一氧化碳耐硫?qū)挏刈儞Q催化劑，是一種本領(lǐng)域通用型催化劑。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中除最后一臺變換爐外，每臺變換爐的反應(yīng)熱全部用于使加入到變換氣中的水汽化，用于補充下一臺變換爐反應(yīng)所需的水蒸汽。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中，來自最后一臺變換爐的變換氣預熱將進入第一臺變換爐的原料合成氣后，再經(jīng)熱回收降溫和循環(huán)水冷卻后氣液分離，氣液分離得到的變換氣送下游工序。所述熱回收可采用副產(chǎn)蒸汽、預熱鍋爐水、預熱脫鹽水等方法，得到的液相凝液主要成分是水，含少量&S、NH3、CO2及微量的CO、H2、隊等，該凝液可直接用于變換氣降溫，也可經(jīng)汽提處理除去溶入其中的微量組分后再用于變換氣降溫，所述工藝凝液經(jīng)過汽提處理，避免了微量組分的循環(huán)累計，提高了變換氣的純度，減少了設(shè)備腐蝕。


圖1為本發(fā)明低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝的工藝流程示意圖。附圖標記說明1-預熱器；2-第一變換爐；3-第二變換爐；4-第三變換爐；5-汽提塔；6-高壓泵；7-低壓泵。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖、實施例和試驗數(shù)據(jù)，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細的說明。實施例實施背景合成氣產(chǎn)自殼牌煤氣化裝置，用于年產(chǎn)30萬噸合成氨裝置，變換催化劑初期，平衡溫距20°C。如圖1所示，自殼牌煤氣化裝置的合成氣l(^8MNm3/h，一氧化碳干基體積濃度為 64. 5%，首先進入預熱器1，在預熱器1內(nèi)利用自第三變換爐4出來的變換氣的熱量預熱到 209°C，合成氣出預熱器1后一次性混入反應(yīng)所需的壓力為42barg的飽和水蒸汽26. 5t/ h，混合后水氣比0. 533 (合成氣用標方/小時，蒸汽用噸/小時計，為本領(lǐng)域慣例)，然后進入第一變換爐2進行變換反應(yīng)。自第一變換爐2出來的變換氣溫度475°C，CO干基濃度 20. 3% (V/V)，噴入經(jīng)汽提處理的工藝凝液，工藝凝液經(jīng)高壓泵6升壓，加入量為25. 2t/h， 將變換氣降溫后進入第二變換爐3繼續(xù)進行變換反應(yīng)。自第二變換爐3出來的變換氣溫度為317°C，CO干基濃度4. 8% (V/V)，噴入經(jīng)汽提處理的工藝凝液14. Ot/h，將變換氣降溫后進入第三變換爐4繼續(xù)進行變換反應(yīng)。自第三變換爐4出來的變換氣溫度225°C，CO干基濃度1. 0 % (V/V)，首先進入預熱器1將自殼牌煤氣化裝置的合成氣預熱至209 °C，然后在換熱器中經(jīng)熱回收降溫及循環(huán)水冷卻后在氣液分離器中分離出氣相和液相。氣相的主要成分是氫氣和二氧化碳，送去下游裝置，液相收集后進入汽提塔5，在汽提塔5內(nèi)用^arg低壓蒸汽汽提，汽提塔5頂部得到的酸性氣體送去下游裝置處理或送至火炬燃燒處理，汽提塔5底部得到的凝液一部分用高壓泵6分別送至第一變換爐2和第二變換爐3之間、第二變換爐3 和第三變換爐4之間，和變換氣混合，用于對變換氣降溫并增加變換氣的水蒸汽濃度，剩余的工藝凝液用低壓泵7送到其他裝置再次利用或送至廢水處理場進一步處理回收利用。與傳統(tǒng)的高水氣比變換工藝和低水氣比變換工藝比較結(jié)果見下表
權(quán)利要求
1.一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝，其特征在于一氧化碳干基體積濃度 >50%的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成氣進入變換爐進行變換反應(yīng)，沿變換氣流向，自第一臺變換爐進口至最后一臺變換爐出口之間的路徑上沒有設(shè)置換熱器，其間變換氣采用加水的方式降溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述變換爐為2-5臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于沿變換氣流向自第一臺變換爐進口至最后一臺變換爐出口之間的路徑上的變換氣降溫所用的水是變換氣降溫產(chǎn)生的凝液或鍋爐水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于除最后一臺變換爐外，每臺變換爐的反應(yīng)熱全部用于使加入到變換氣中的水汽化，補充下一臺變換爐反應(yīng)所需的水蒸汽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述一氧化碳干基體積濃度>50%的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽后水/氣體積比為0. 4-1. 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝。本發(fā)明工藝，一氧化碳干基體積濃度≥50％的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成氣進入變換爐進行變換反應(yīng)，沿變換氣流向自第一臺變換爐進口至最后一臺變換爐出口之間的路徑上沒有設(shè)置換熱器，其間變換氣采用加水的方式降溫；所述一氧化碳干基體積濃度≥50％的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽后水/氣體積比為0.4-1.1。本發(fā)明的一氧化碳變換工藝能降低蒸汽消耗且節(jié)省投資費用。
文檔編號C01B3/16GK102442643SQ20111029595
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者萬克西, 胡健, 陳萍, 馬連強, 魯曉峰 申請人:中國寰球工程公司