[发明专利]换热式焦炉煤气加压催化部分氧化法制取合成气的工艺

说明书

本发明属于化工领域焦炉煤气制取合成气的一种方法，合成气主要是指合成甲醇合成氨以及凡在合成反应中以氢气、一氧化碳和二氧化碳为合成反应有效成份的原料气。

焦炉煤气的成份按体积百分数计，主要是H₂(约占53～59％)、CH₄(约占25～30％)，其次是CO(6％左右)、CO₂(2.5％左右)、N₂(4％左右)、O₂(0.5％左右)、CmHn(2.5％左右)。制取合成氨的合成气必须是H₂和N₂，制取合成甲醇的合成气是H₂和CO(也可配入少量CO₂)。焦炉煤气的转化实质就是将煤气中的烃(主要是CH₄)转化为H₂及CO，以制得上述的合成气。

CH₄在有足够热量供应以及有镍催化剂存在条件下，与H₂O蒸汽或CO₂反应，均可制取H₂+CO，这是一个吸热反应，由于提供热量的方法不同，焦炉煤气的转化有蒸汽转化和部分氧化之分，蒸汽转化是指由外部燃料燃烧提供热量经过反应器的金属壁传热进行上述反应，烟道气则排入大气中。部分氧化是指焦炉煤气中有部分气体(主要是H₂)在转化炉内与纯氧(或富氧空气)进行燃烧反应，直接为上述吸热反应提供热量，即先燃烧反应再进行上述吸热转化的反应都在同一设备(转化炉)内部完成。

本发明属于部分氧化，制取合成气的原料气是三种，即焦炉煤气、水蒸汽和氧化剂。对于制取合成氨来说，氧化剂是富氧空气，含O₂36％左右，以便补充合成氨所需N₂气。对于合成甲醇来说，由于不需要N₂，所以氧化剂是纯氧即氧气。

本发明的目的，是通过一种新的工艺设计，使本发明比常规的甲烷蒸汽转化法更节能，而且在甲烷部分氧化法制取合成气的转化领域更具有节约原料、节省投资、安全运行及保护镍催化剂的领先优势。

本发明为换热式加压催化部分氧化工艺，现将这一工艺说明如下：

从炼焦厂来的已除去绝大部分杂质的焦炉煤气经压缩机压到2.07MPa(表压，下同)首先进入有旁通调温管道的焦炉煤气初预热器1，与焦炉煤气—蒸汽预热器2来的转化气换热，从常温升到300℃，再去含有铁钼催化剂的干法脱硫装置5，在这一装置里，焦炉煤气中少量的烯烃转化为CH₄，有机硫和无机硫被脱除。然后洁净的焦炉煤气与转化气废热锅炉中来的2.4MPa的蒸汽混合，进入有旁通调温管道的焦炉煤气—蒸汽预热器2中，与废热锅炉4来的转化气换热，反温度提高到500℃后，经转化炉3的炉头3a与纯氧(或富氧空气)混合向下进入转化炉3的燃烧空间3b，在燃烧空间3b里，O₂与焦炉煤气中的H₂进行燃烧反应：

另外还有CH₄、CO的燃烧反应。但由于H₂的燃烧反应比其它燃烧反应快1000倍以上，所以在燃烧空间3b里，主要进行H₂的燃烧反应，燃烧空间的温度在1050～1150℃左右。

在燃烧空间3b里，氢的燃烧为转化炉3的镍催化剂床层3c的CH₄转化提供了足够的热量：

催化剂床层的温度一般稍高于950℃，从安全上讲，不能低于710℃。此转化反应后的气体已无O₂，主要是H₂、CO、CO₂和过量水蒸汽(如果用富氧空气而不是用纯氧作氧化剂，则还含有N₂，作为合成氨的原料N₂使用)。

转化炉出口最终的反应平衡和组成是由下述CO的变换反应决定的：