專利名稱：一種與粉煤氣化配套的co變換工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CO變換工藝，特別涉及一種與粉煤氣化配套的CO變換工藝。
背景技術(shù)：
CO變換工藝廣泛應(yīng)用在合成氨裝置和制氫裝置上，屬于凈化工藝的一個主要部分，其工藝位置設(shè)置在氣化或轉(zhuǎn)化工序之后，根據(jù)選用的催化劑是否耐硫，分為耐硫變換和非耐硫變換兩種工藝；按照催化劑的使用溫度，分為中溫變換和低溫變換。不同的變換工藝主要體現(xiàn)在變換反應(yīng)段數(shù)、反應(yīng)溫度、熱量回收方式三方面的變化，這主要取決于變換催化劑的性能，工業(yè)生產(chǎn)采用的制氣原料、制氣工藝、后續(xù)凈化工藝等因素。
耐硫變換工藝主要用于以渣油和煤為原料制取合成氣的合成氨廠，凈化工藝流程組合為CO變換—脫硫—脫碳；非耐硫變換工藝主要用于以石腦油和天然氣為原料的合成氨裝置中，也用于渣油和煤為原料的合成氨裝置中。用于以石腦油和天然氣為原料的合成氨裝置中凈化流程組合為變換—脫碳。用于渣油和煤為原料的合成氨裝置中，凈化流程組合為脫硫—變換—脫碳。
現(xiàn)有的能處理CO含量較高的變換工藝當屬水煤漿氣化的變換工藝，其流程見圖1，處理的粗合成氣規(guī)模相當于1000噸/日合成氨的原料氣，采用兩段耐硫中變，粗合成氣中CO含量由～50％(mol)降至1.5％(mol)，其進入一段變換爐的CO含量比殼牌粉煤氣化出來的粗合成氣中一氧化碳含量要低10多個百分點，變換出口的CO含量比本發(fā)明要高出1％以上，反應(yīng)條件較為溫和。其流程設(shè)置為粗合成氣進入1#變換爐(2)，變換后的氣體依次進入中壓蒸汽過熱器(3)、入口/出口氣氣換熱器(1)、中壓廢鍋(4)回收熱量，在2#變換爐(5)出口設(shè)置了鍋爐水加熱器(6)、低壓廢鍋(8)、脫鹽水預熱器(10)等一系列換熱器，使變換氣溫度降低至110℃左右，各段變換氣分液后(7)(9)，經(jīng)最終水冷器(11)冷卻至40℃，工藝氣送至下游工序。
但上述CO變換工藝只能用于以下條件1、粗煤氣中CO濃度小于60％(V干基)。
2、系統(tǒng)壓降能夠在一定范圍內(nèi)變化。
由Shell公司開發(fā)的粉煤氣化工藝是近年來推出的煤氣化潔凈新技術(shù)，煤氣轉(zhuǎn)換率高，經(jīng)濟效益好，但至今卻僅限于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置中配合使用。其粗合成氣具有如下特點1、粗合成氣量大，相當于生產(chǎn)1500噸/日合成氨的氣量；2、CO和H2S含量高，粗煤氣中CO濃度高達61.71％(V干基)，H2S含量達1.20％(V干基)；3、系統(tǒng)壓降恒定，由于上游氣化壓力已經(jīng)確定，下游合成氣壓縮機(原有)的入口壓力已被限死，整個凈化工藝的壓力降完全被固定。
因此，目前的CO變換工藝已完全不能與其配套，急需研制一種與Shell公司開發(fā)的粉煤氣化配套的CO變換工藝。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷而提供一種與粉煤氣化配套的CO變換工藝，使其能用于CO濃度高、后續(xù)壓力降確定的粉煤氣化的條件中。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種與粉煤氣化配套的CO變換工藝，包括以下流程從粉煤氣化來的粗合成氣進入氣液分離器，分離出的工藝冷凝液外排到污水處理，分離器頂部的工藝氣與來自界區(qū)外中壓過熱蒸汽、本工藝中壓廢鍋副產(chǎn)的中壓蒸汽及汽提后的少量工藝冷凝液混合后進入預變換爐，控制溫升限制在＜30℃范圍內(nèi)；離開預變換爐的變換氣進入1#變換爐進行深度CO變換反應(yīng)，離開1#變換爐的高溫中變氣進入中壓廢鍋用自身工藝冷凝液發(fā)生4.0MPa蒸汽，中壓蒸汽全部進入新鮮變換氣中循環(huán)使用，然后經(jīng)工藝冷凝液淬冷增濕，進入2#變換爐繼續(xù)進行變換反應(yīng)，2#變換爐出口變換氣經(jīng)鍋爐水預熱器換熱冷卻后，進入3#變換爐，反應(yīng)完成后出口氣體回收余熱至≤40℃后送至下游工序。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、提高了變換裝置的處理能力。
2、采用一段預變換、兩段耐硫中變、一段耐硫變換工藝流程，延長了催化劑的使用壽命，有效解決了反應(yīng)速度與反應(yīng)平衡問題，在保證反應(yīng)流程短系統(tǒng)壓降小的前提下，保證相合成氣經(jīng)變換后的一氧化碳濃度由60～65％(mol)降至≤0.4％(mol)。
3、增設(shè)預變換爐，內(nèi)部裝添廉價催化劑保護劑預變換、除灰，防止一段爐進灰結(jié)焦，防止粗合成氣中微量重金屬組份對CO變換催化劑的影響，預防催化劑中毒。
4、采用軸徑向反應(yīng)器裝填小顆粒催化劑，軸向爐內(nèi)裝填大顆粒催化劑，降低了變換系統(tǒng)的壓力降，增大反應(yīng)推動力，保證進入合成氣壓縮機入口壓力的要求。
5、冷凝液經(jīng)自產(chǎn)低壓蒸汽汽提后部分進入中壓廢鍋付產(chǎn)中壓蒸汽循環(huán)利用，部分送至氣化裝置回收利用。
采用上述發(fā)明完全可以配套Shell公司的粉煤氣化技術(shù)，應(yīng)用于現(xiàn)有氮肥廠的″煤代油″改擴建工程，具有技術(shù)、經(jīng)濟、資金等多方面的綜合優(yōu)勢。
圖1為現(xiàn)有CO變換工藝的流程圖。
圖2為本發(fā)明的CO變換工藝的流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
如圖2所示，一種與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其流程包括從粉煤氣化來的粗合成氣1進入氣液分離器2，分離出的工藝冷凝液外排到污水處理，分離器頂部的工藝氣與來自界區(qū)外中壓過熱蒸汽、本流程中壓廢鍋副產(chǎn)的中壓蒸汽及汽提后的少量工藝冷凝液混合后進入預變換爐3，一方面阻擋煤粉塵、炭黑等固體雜質(zhì)，吸附AS、Cl-等對催化劑有毒害作用的組分，保護耐硫變換催化劑；另一方面進行適度變換反應(yīng)，控制溫升限制在＜30℃范圍內(nèi)；離開預變換爐3的變換氣進入1#變換爐4進行深度CO變換反應(yīng)，出口氣中CO含量降至≤0.4％，離開1#變換爐的高溫中變氣進入中壓廢鍋5副產(chǎn)中壓蒸汽，然后經(jīng)工藝冷凝液淬冷增濕，進入2#變換爐6繼續(xù)進行就換反應(yīng)，使CO含量進一步降低，2#變換爐出口變換氣經(jīng)鍋爐水預熱器7換熱冷卻后，進入3#變換爐8，反應(yīng)完成后出口氣體中CO含量降為0.40％(V)，回收余熱經(jīng)水冷器降至≤40℃后送至下游工序。
上述工藝中設(shè)置了氣液分離器2，用以除去粗合成氣中液體，固體物質(zhì)，以改善粗合成氣的質(zhì)量，減少對其可能夾帶的液體、固體、毒物等對后續(xù)工序影響。
上述工藝根據(jù)催化劑的特征和各段反應(yīng)出口CO濃度安排及最終CO濃度的要求，變換原料氣1的汽/氣比選為1.3～1.5。
為了有效降低系統(tǒng)阻力，增大變換轉(zhuǎn)化率，相對減少催化劑的裝填量，減小反應(yīng)器的尺寸，減少裝置改造投資，1#變換爐4、2#變換爐6采用軸徑向變換爐，裝添小顆粒催化劑，提高了催化劑內(nèi)擴散效率因子、反應(yīng)活性和催化劑的強度，增大變換轉(zhuǎn)化率。
上述工藝中增設(shè)了預變換爐3，爐內(nèi)裝填有一定數(shù)量活性組分較低的耐硫催化劑保護劑，防止粗合成氣中微量重金屬組份對CO變換催化劑的影響，預防催化劑中毒，其入口溫度控制在240～280℃。
上述三段變換，一段變換入口溫度控制在240～280℃，二段變換入口溫度控制在230～260℃，三段變換入口溫度控制在210～230℃。
上述中壓廢鍋能夠回收高品質(zhì)熱量，用自身工藝冷凝液發(fā)生4.0MPa蒸汽，全部進入新鮮變換氣中循環(huán)使用，參與變換反應(yīng)。
為了防止CO穿透，確保甲烷化安全操作，采用了軸徑向和軸向反應(yīng)器結(jié)合使用的組合形式，軸向爐內(nèi)裝填大顆粒催化劑，進一步降低壓降，確保進入合成回路的合成氣壓力≥26.5kgf/cm2。
SHELL粉煤氣化工藝提供的粗合成氣60℃、3.7MPa粗合成氣，CO含量60～65％mol，經(jīng)上述工藝變換后CO含量降至≤0.4％。
權(quán)利要求
1.一種與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其特征在于包括以下流程從粉煤氣化來的粗合成氣(1)進入氣液分離器(2)，分離出的工藝冷凝液外排到污水處理，分離器頂部的工藝氣與來自界區(qū)外中壓過熱蒸汽、本工藝中壓廢鍋副產(chǎn)的中壓蒸汽及汽提后的少量工藝冷凝液混合后進入預變換爐(3)，控制溫升限制在＜30℃范圍內(nèi)；離開預變換爐(3)的變換氣進入1#變換爐(4)進行深度CO變換反應(yīng)，離開1#變換爐的高溫中變氣進入中壓廢鍋(5)用自身工藝冷凝液發(fā)生4.0MPa蒸汽，中壓蒸汽全部進入新鮮變換氣中循環(huán)使用，然后經(jīng)工藝冷凝液淬冷增濕，進入2#變換爐(6)繼續(xù)進行變換反應(yīng)，2#變換爐出口變換氣經(jīng)鍋爐水預熱器(7)換熱冷卻后，進入3#變換爐(8)，反應(yīng)完成后出口氣體回收余熱至≤40℃后送至下游工序。
2.如權(quán)利要求1或2所述的與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其特征是所述的變換原料氣(1)的汽/氣比為1.3～1.5，所述的1#變換爐(4)入口溫度控制在240～280℃，2#變換爐入口溫度控制在230～260℃，3#變換爐(8)入口溫度控制在210～230℃。
3.如權(quán)利要求1或2所述的與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其特征是所述的1#變換爐(4)、2#變換爐(6)采用軸徑向變換爐，裝添小顆粒催化劑。
4.如權(quán)利要求3所述的與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其特征是所述的1#變換爐(4)、2#變換爐(6)采用軸徑向變換爐，裝添小顆粒催化劑。
5.如權(quán)利要求1或2所述的與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其特征是所述的預變換爐(3)內(nèi)裝填有活性組分較低的耐硫催化劑保護劑，其入口溫度控制在240～280℃。
6.如權(quán)利要求3所述的與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其特征是所述的預變換爐(3)內(nèi)裝填有活性組分較低的耐硫催化劑保護劑，其入口溫度控制在240～280℃。
7.如權(quán)利要求4所述的與粉煤氣化配套的CO變換工藝，其特征是所述的預變換爐(3)內(nèi)裝填有活性組分較低的耐硫催化劑保護劑，其入口溫度控制在240～280℃。
全文摘要
一種與粉煤氣化配套的CO變換工藝，包括以下流程從粉煤氣化來的粗合成氣進入氣液分離器，分離器頂部的工藝氣與來自界區(qū)外中壓過熱蒸汽、本工藝中壓廢鍋副產(chǎn)的中壓蒸汽及汽提后的少量工藝冷凝液混合后進入預變換爐，控制溫升限制在；離開預變換爐的變換氣進入1#變換爐進行深度CO變換反應(yīng)，離開1#變換爐的高溫中變氣進入中壓廢鍋用自身工藝冷凝液發(fā)生4.0MPa蒸汽，中壓蒸汽全部進入新鮮變換氣中循環(huán)使用，然后經(jīng)工藝冷凝液淬冷增濕，進入2#變換爐繼續(xù)進行變換反應(yīng)，2#變換爐出口變換氣經(jīng)鍋爐水預熱器換熱冷卻后，進入3#變換爐，反應(yīng)完成后回收余熱至≤40℃后送至下游工序。其優(yōu)點在于1.一氧化碳濃度由60～65％(mol)降至≤0.4％(mol)。2.增設(shè)預變換爐，預防催化劑中毒。3.降低了變換系統(tǒng)的壓力降，保證進入合成氣壓縮機入口壓力的要求。
文檔編號C10J3/46GK101050390SQ20071006840
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者鄭明峰, 李海洋, 李德武, 張駿馳, 孫海燕, 蔣德軍, 李鵬, 林寶起, 費偉水, 操斌 申請人:中國石化集團寧波工程有限公司, 中國石油化工股份有限公司