[发明专利]分流式等温耐硫变换工艺及其设备

说明书

技术领域

本发明属于气体净化领域，涉及一种用于煤制气体中，采用Co-Mo宽温 耐硫变换催化剂，使一氧化碳和水蒸汽发生变换反应生成氢气和二氧化碳的 分流式等温耐硫变换工艺和设备。本发明适用于煤制合成天然气、煤制合成 油、煤制混合醇、煤制甲醇等大型和超大型变换装置。

背景技术

近年来，煤化工制合成气快速发展，不同的下游产品对合成气中H₂/CO 比例的要求不同，一般采用变换反应调整气体组成。一氧化碳(CO)变换装 置在煤制合成天然气、煤制合成油、煤制混合醇、煤制甲醇等装置中起着重 要作用，变换的能耗在产品的总能耗中占有相当的比例。

对变换工艺、变换设备进行创新、优化，特别是目前新的煤气化工艺煤气 中一氧化碳含量很高，在研究变换对策并降低蒸汽消耗的同时，尽可能回收 利用变换反应产生的高、低位能是现代化大型和超大型煤化工装置节能减排 的一个重要目标。

传统的CO耐硫变换工艺，变换反应是在绝热反应器(变换炉)中进行的， 一般是多级变换，存在以下弊端：1、变换级数多，设备多，阻力降大，投资 大；2、大部分催化剂处在较高的出口温度下(基本是热点温度)运行，寿命 短；3、反应器温度控制困难，容易出现超温、飞温，对变换炉压力壳体和下 游设备影响大，对装置安全运行造成隐患；4、催化剂硫化过程复杂，且容易 发生硫化超温；5、需要另外的开工加热器(明火或蒸汽加热)，以便对催化 剂进行升温、硫化和再生等；6、由于受绝热温升的影响，反应器出口CO浓 度受反应平衡制约，难以达到较低的水平；7、反应温升会使反应器的温度超 出催化剂活性范围，导致催化剂表面的活性组分熔结，比表面积大幅度下降， 活性下降，甚至无法使用；8、变换炉尺寸大，热回收的流程复杂。

中国专利公开号CN1429764A公开了“一种CO等温耐硫变换工艺”，经分 析该等温耐硫变换工艺实用性不大，并存在如下问题：1、该发明中采用的列 管式反应器催化剂装填系数低，催化剂装量少，不适合于大型化和超大型化 装置；内置盘管式反应器比冷面小，移热困难，而且同平面温差大，容易造 成局部过热，不适用于高CO含量的煤气变换；2、采用一段等温变换进行深 度变换，或者副产蒸汽压力低，热回收效率差；或者汽气比大，即消耗大量 蒸汽，产生大量废水；采用二段或三段等温变换，设备多，系统复杂，投资 大；3、副产饱和蒸汽不能作为动力蒸汽使用，实际热回收效果不好；4、未 考虑高CO含量气体变换大量反应热的移出阻碍问题，即自然循环无法实现高 通量热量的移出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于克服现有技术中存在的不足，提供 一种新的CO分流式等温耐硫变换工艺，其通过流程上分流式，来解决变换 副产蒸汽的过热、绝热变换炉温升过大、汽气比过大和废水量过大等问题。 在工艺上采用强制循环移热方法，来解决大放热量、大热通量的移热问题， 以降低热点温度，适应高CO煤气的变换。

本发明所要解决的技术问题之二在于克服现有技术中存在的不足，提供 一种新的CO分流式等温耐硫变换设备，其绝热变换反应器可以是轴向的， 也可以是轴径向的；等温变换炉可以是轴向的，也可以是轴径向的；采用催 化剂装填系数大的变换炉内件型式，例如板壳式，解决催化剂装量大和设备 大型化问题；在管道安装布置上解决变换炉和下游换热设备的管道连接存在 安全隐患或投资过大的问题。

作为本发明第一方面的分流式等温耐硫变换工艺，其特征在于，从界外 来的原料煤气分流成至少两部分，其中第一部分原料煤气配入过热蒸汽，将 温度提高至200-300℃后进入第一级变换反应步骤进行变换反应，产出第一 变换气，其余部分被送入下一级变换反应步骤进行变换反应。

所述第一部分原料煤气的体积为界外来的原料煤气体积的10-40％。

所述下一级变换反应步骤至少包括一第二级变换反应步骤，其余部分原 料气至少还被分出第二部分原料气，并与第一变换气混合进入第二级变换反 应步骤进行变换反应，产出第二变换气。

所述第一级变换反应步骤为绝热变换反应步骤，该第一级变换反应步骤 出来的第一变换气温度为400-500℃，温度为400-500℃的第一变换气送入一 蒸汽过热器回收热量，温度降为250-350℃的第一变换气与第二部分原料煤 气混合成温度为200-300℃混合气体送入第二级变换反应步骤进行变换反应。