一种循环CO变换工艺

摘要

本发明涉及到一种循环CO变换工艺，其包括下述步骤：由粉煤气化单元送来的饱和了水蒸汽的粗合成气分离出液体后脱除其中的杂质和重金属，与第一股一变混合气混合后进入气液混合器，补入中压锅炉给水，进入1#变换炉进行变换反应；得到的一变混合气换热后分成两股，第二股一变混合气换热后进入2#变换炉进行变换反应，得到的二变混合气换热后送下游。本发明通过利用蒸汽喷射吸入变换后的低浓度CO进行循环，有效降低了进入变换炉的CO浓度，较好的解决了变换炉容易超温以及催化剂容易失活等问题；同时解决了低串中水气比CO变换技术操作参数容易发生偏移和波动问题，减轻了气化单元的波动对变换单元的冲击，变换单元操作弹性优良，变换反应充分且能耗低。

权利要求

1.一种循环CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：

由粉煤气化单元送来的饱和了水蒸汽的粗合成气温度为155℃～165℃、压力

3.65MPa(G)～3.75MPa(G)、水/干气摩尔比0.18～0.19、CO干基体积含量60％～70％，进入气液分离器(1)分离出液体后进入粗合成气预热器(8)预热至220℃～225℃，进入脱毒槽(2)脱除粗合成气中的杂质和重金属；

出脱毒槽(2)的粗合成气与利用高压蒸汽喷射器(3)喷射高压蒸汽产生动力所吸入的第一股一变混合气混合后进入气液混合器(4)，与补入的中压锅炉给水进行混合，然后进入

1#变换炉(5)进行变换反应；控制进入1#变换炉(5)的混合气温度245℃～255℃、CO干基含量45％～50％、水/干气摩尔比0.95～1.15；

出1#变换炉(5)的一变混合气温度为430℃～450℃，CO干基体积含量5％～7％，水/干气摩尔比0.45～0.55；

一变混合气进入中压蒸汽过热器(6)过热由中压废锅(7)送来的中压饱和蒸汽；一变混合气的温度降至410℃～415℃；然后进入中压废锅(7)产出温度为250℃、压力为

4.0MPa(G)的中压饱和蒸汽，一变混合气温度进一步降低到260℃～270℃，中压饱和蒸汽经中压蒸汽过热器(6)过热至400℃后送出界区；

出中压废锅(7)的一变混合气被分成两股，其中占总体积15％～20％的第一股一变混合气经高压蒸汽喷射器(3)抽吸返回1#变换炉(5)入口；剩余的第二股一变混合气进入粗合成气预热器(8)与粗合成气换热，温度进一步降低到225℃～235℃后进入2#变换炉(9)进行变换反应，出2#变换炉(9)的二变混合气温度为260℃～270℃、CO干基体积含量为

0.8％～1.5％；

二变混合气随后进入锅炉给水换热器(10)，将界区来的130℃中压锅炉给水预热至230℃，预热后的中压锅炉给水送至中压废锅(7)产出中压蒸汽，二变混合气温度降至

210℃～220℃后送下游。

说明书

一种循环CO变换工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种CO变换工艺，具体指一种循环CO变换工艺。

背景技术

[0002] 近年来我国煤气化技术取得了长足发展，尤其是采用废热锅炉流程的粉煤加压气化技术，具有对煤质要求低、合成气中有效组分高、运行费用低且环境友好等特点，被国内越来越多的大型煤化工装置所采用。废热锅炉流程粉煤加压气化技术生成的粗合成气中CO干基体积含量通常高达60％以上，同时水蒸汽体积含量小于20％，粗合成气具有水蒸汽含量低和CO含量高的显著特点。

[0003] 废热锅炉流程的粉煤加压气化技术用于造气来配套合成氨、制氢、合成甲醇等装置时均需配置CO变换工序，通过变换来调节合成气中的氢碳比或将尽量多的CO变换为氢气。因此，不论是生产合成氨或者甲醇等产品均面临着强放热的高浓度CO变换技术难题，所以废热锅炉流程的粉煤加压气化技术近年来的推广和发展，也极大的推动了我国高浓度CO变换技术的发展和进步。

[0004] 变换反应是水蒸汽和CO的等摩尔反应，生成二氧化碳和氢气的同时放出大量反应热。对于不同煤气化技术所生成的粗合成气，变换工序的化学反应过程均相同，但是变换流程需根据粗合成气的特点进行有针对性的设计。对于采用废热锅炉流程的粉煤加压气技术生成的粗合成气，在变换工序进行CO变换反应时，变换流程设计的重点和难点是如何有效的控制CO变换反应的床层温度，延长变换催化剂的使用寿命以及降低变换反应能耗。

[0005] 废热锅炉流程粉煤加压气化技术使用初期，变换单元较多的采用了高水气比变换流程，但在实际运行过程中，高水气比流程逐渐暴露出了能耗高，变换催化剂寿命短和容易超温等一系列问题，因此，在高水气比CO变换流程基础上，近些年又成功开发出了低串中水气比CO变换新工艺。

[0006] 现有工艺中，为了解决高浓度CO变换反应的超温和能耗高问题，粗合成气在进入预变炉之前不添加水蒸汽或添加少量水蒸汽，主要使用粗合成气自带的水蒸汽进行变换反应，同时预变炉的变换反应采用了动力学控制技术。动力学控制技术需要精确的计算预变炉内催化剂的装填量，尤其在催化剂使用初期变换反应活性很好，装填量的轻微偏差均会导致预变炉超温或变换不够充分。在变换单元的实际运行过程中，气化单元送来的粗合成气的气量、温度和所含的水蒸汽均会有波动，任何一个参数的偏移或波动，均会对采用动力学控制的预变炉产生影响，预变炉出口气体的变换率或温度均会进一步影响后续变换炉的正常运行，以致造成整个变换单元操作工艺参数的偏移和紊乱。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种循环CO变换工艺，以解决现有低串中水气比CO变换技术预变炉容易超温或变换不充分，操作参数容易发生偏移和波动等问题，同时解决高水气比CO变换工艺变换炉超温所导致的催化剂容易失活和能耗偏高等一系列技术问题。

[0008] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:该循环CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：

[0009] 由粉煤气化单元送来的饱和了水蒸汽的粗合成气温度为155℃～165℃、压力3.65MPa(G)～3.75MPa(G)、水/干气摩尔比0.18～0.19、CO干基体积含量60％～70％，进入气液分离器分离出液体后进入粗合成气预热器预热至220℃～225℃，进入脱毒槽脱除粗合成气中的杂质和重金属；

[0010] 出脱毒槽的粗合成气与利用高压蒸汽喷射器喷射高压蒸汽产生动力所吸入的第一股一变混合气混合后进入气液混合器，与补入的中压锅炉给水进行混合，然后进入1#变换炉进行变换反应；控制进入1#变换炉的混合气温度245℃～255℃、CO干基含量45％～50％、水/干气摩尔比0.95～1.15；

[0011] 出1#变换炉的一变混合气温度为430℃～450℃，CO干基体积含量5％～7％，水/干气摩尔比0.45～0.55；

[0012] 一变混合气进入中压蒸汽过热器过热由中压废锅送来的中压饱和蒸汽；一变混合气的温度降至410℃～415℃；然后进入中压废锅产出温度为250℃、压力为4.0MPa(G)的中压饱和蒸汽，一变混合气温度进一步降低到260℃～270℃，中压饱和蒸汽经中压蒸汽过热器过热至400℃后送出界区；

[0013] 出中压废锅的一变混合气被分成两股，其中占总体积15％～20％的第一股一变混合气经高压蒸汽喷射器抽吸返回1#变换炉入口；剩余的第二股一变混合气进入粗合成气预热器与粗合成气换热，温度进一步降低到225℃～235℃后进入2#变换炉进行变换反应，出2#变换炉的二变混合气温度为260℃～270℃、CO干基体积含量为0.8％～1.5％；

[0014] 二变混合气随后进入锅炉给水换热器，将界区来的130℃中压锅炉给水预热至230℃，预热后的中压锅炉给水送至中压废锅产出中压蒸汽，二变混合气温度降至210℃～
220℃后送下游。

[0015] 与现有技术相比较，本发明的优点在于：

[0016] 1、通过利用蒸汽喷射吸入变换后的低浓度CO进行循环，有效降低了进入变换炉的CO浓度，较好的解决了变换炉容易超温以及催化剂容易失活等问题。

[0017] 2、在整个变换反应过程中，变换炉全部采用热力学平衡进行控制，解决了中水气比CO变换技术操作参数容易发生偏移和波动问题，减轻了气化单元的波动对变换单元的冲击，变换单元操作弹性优良，变换反应充分且能耗低。

附图说明

[0018] 图1为本发明实施例的工艺流程示意图。

具体实施方式

[0019] 以下结合附图实施例、对比例对本发明做进一步阐述。

[0020] 实施例

[0021] 本实施例中的循环CO变换工艺是配套使用在壳牌粉煤气化造气生产30万吨/年合成氨、52万吨/年尿素的典型化肥装置中。

[0022] 如图1所示，该循环CO变换工艺包括下述步骤：

[0023] 由粉煤气化单元送来的饱和了水蒸汽的粗合成气温155℃～165℃、压力3.65MPa(G)～3.75MPa(G)、水/干气摩尔比0.18～0.19、CO干基体积含量60％～70％，在用管道将粗合成气从气化单元送到变换单元的过程中由于热量损失，粗合成气中的少量水蒸汽会被冷凝生成冷凝液，粗合成气和冷凝液在管道系统内共存会导致管线和设备的腐蚀以及震动，所以粗合成气在进入变换炉之前需要将其中的凝液分离出来，因此，本实例先将粗合成气送入气液分离器1，分离出的液体从气液分离器1的底部排出。从气液分离器1顶部出来的粗合成气经过粗合成器预热器8预热至220℃～225℃，进入脱毒槽2脱除粗合成气中的杂质和重金属，出脱毒槽2的粗合成气称为新鲜粗合成气。

[0024] 新鲜粗合成气与利用高压蒸汽喷射器3喷射高压蒸汽产生动力所吸入的15～25v％的第一股一变混合气进行混合，然后进入气液混合器4与补入的中压锅炉给水进行混合，对温度和水气比进行微调。控制进入1#变换炉5的混合气温度245℃～255℃，CO干基含量45％～50％，水/干气摩尔比0.95～1.15，进入1#变换炉5进行深度变换反应。

[0025] 经过1#变换炉5深度变换反应后，出1#变换炉5的一变混合气温度为430℃～450℃，CO干基体积含量5％～7％，水/干气摩尔比0.45～0.55。

[0026] 一变混合气进入中压蒸汽过热器6过热中压废锅7产生的中压饱和蒸汽，一变混合气的温度降至410℃～415℃，进入中压废锅7产出温度250℃，压力4.0MPa(G)的中压饱和蒸汽，一变混合气温度进一步降低到～265℃，同时产出的中压饱和蒸汽经中压蒸汽过热器6过热至400℃后送出界区。

[0027] 出中压废锅7的一变混合气被分两股，其中总体积15～20％的第一股一变混合气经高压蒸汽喷射器3抽吸返回1#变换炉5入口。剩余的占总体积80～85％的第二股一变混合气进入粗合成气预热器8与入口粗合成气换热，温度进一步降低到～230℃后进入2#变换炉9进行变换反应，出2#变换炉9的二变混合气温度260℃～270℃，CO干基体积含量为0.8％～1.5％。

[0028] 二变混合气随后进入锅炉给水换热器10，将界区来的4.1MPa,130℃的中压锅炉给水预热至230℃，预热后的中压锅炉给水送至中压废锅7产出中压蒸汽，二变混合气温度降至210℃～220℃后送下游。

[0029] 对比例

[0030] 中石化岳阳煤代气项目采用了壳牌的粉煤加压气化技术造气，用于生产30万吨/年合成氨52万吨/年尿素，采用了低串中水气比CO变换流程，气化单元送变换单元的有效气(H2+CO)大约为85000Nm3/h。将其与上述实施例的主要参数进行对比，结果见表1所示。

[0031] 表1

[0032]

[0033] *：为配套在中石化岳阳煤代气项目30万吨/年合成氨52万吨/年尿装置中的低串中水气比CO变换工艺。

[0034] **：为所述粗合成气和所述第一股一变混合气的混合物。

[0035] ***：对比例中预变炉采用动力学控制，预变炉内催化剂的装填量经过了精确的技术，进入预变炉的气量一旦波动，极易导致预变炉超温，尤其是在低负荷的工况下；本实施例采用一变混合气循环技术，有效的降低了进入第一变换炉的CO含量，同时对一变炉采用了热力学平衡控制技术，对抗击变换炉进口气量波动的效果良好。

[0036] 通过表1可以看出，循环CO变换技术的采用，有效的降低了进入变换炉的CO浓度，催化剂运行环境友好，寿命长；变换炉热力学控制方式的采用，减轻了气化单元的波动对变换单元的冲击，变换反应充分，能耗低，变换单元操作弹性优异。