[发明专利]一种高浓度CO耐硫变换工艺

说明书

技术领域

本发明是一种高浓度CO耐硫变换系统及工艺方法。属于羰基合成气、含氢混合气的生产，特别涉及采用耐硫变换催化剂，用水蒸气与高浓度一氧化碳反应生产羰基合成气、含氢混合气的工艺方法。

背景技术

煤气化所产生的工艺煤气中，主要含有CO、CO₂、H₂、H₂O，还含有少量N₂、CH₄、H₂S、COS、Ar等。以煤气为原料的下游产品对原料煤气中的H₂/CO比例的要求不同。以煤气为原料通过羰基合成制备甲醇、二甲醚、烯烃、醋酸等产品时，一般只需要将部分煤气中的CO变换为。通过变换反应产物与部分未参加变换反应的工艺煤气混合，来调节原料气中的CO含量。当下游产品需要氢气时，如合成氨、煤直接液化等，一般需要2～4个变换反应器，使CO尽可能反应完全，产生尽可能多的氢气。

煤气化工艺不同，所产生的工艺煤气组成不同。以德士古为代表的水煤浆气化工艺所产生的煤气中CO的干基组成(不包括水，下同)大致为40-50mol％，第一变换反应器的工艺条件，通常水气比(水蒸汽与工艺气中除水以外的其它组份的摩尔比，下同)为1.0～1.4，入口反应温度220～280℃，压力3.0～8.0MPa。反应器出口CO干基组成4～10％，反应器出口温度420～460℃。

以Shell、GSP、航天炉等为代表的粉煤气化工艺所产生的工艺气中CO的干基组成大致为60～75％。CO高达60％以上进入变换反应器，同样变换反应条件下，反应床层下部的反应温度一般会接近500℃，甚至超过530℃，这样就对反应器的材质提出了特殊的要求，增加了反应器的造价，也增大了装置操作的不安全性。另外，由于CO浓度很高，催化剂床层的上部反应推动力很大，催化剂粒子内部温度远远高于气流温度，易导致催化剂失活。

目前解决高浓度CO变换问题的主要途径有三个。一种采用高水气比降低床层温度，如把水气比提高到1.8左右可以把床层下部的温度降至460℃以下；但存在耗蒸汽量大的问题。另一种方法是在主变换反应器之前增加一个预反应器，把气化工艺气全部引入预反应器，在高空速下使CO干基组成降至40％-50％左右，再进入主变换反应器，存在的问题是预变换反应产物需要降温才能进入主反应器，否则主反应器仍会超温；由于全部气体经过预变换反应器，换热面积需要足够大。还有一种方法是第一变换反应器采用很低的水气比(如0.2～0.4)，通过水的消耗限制反应程度，从而控制床层温度；但低水气比下存在发生甲烷化反应的危险，而甲烷化反应是强放热反应，一旦发生甲烷化反应，反应器床层就会“飞温”，造成催化剂烧结，甚至对反应器造成破坏；更主要的是大部分气化工艺气本身的水气比就高于0.2-0.4，采用低水气比工艺存在物料多次冷却升温等过程，能耗高、设备投资大。

以上看来，现有技术中，对于高浓度一氧化碳的原料工艺煤气，进入变换系统，引起的变换反应器负荷的增加以及所导致的变换催化剂过热问题，已经公开的技术方案，还存在如下不足：1.高水气比降低床层温度，蒸汽消耗量大，能耗增高；2.预变换反应产物需要设置换热面积较大换热器，增加了设备投资；3.低的水气比限制反应放热，存在发生甲烷化反应的危险，造成催化剂烧结故障，甚至造成反应器破坏的严重后果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无须过度提高水气比例，蒸汽消耗量低；无须设置预反应器换热器，节约设备投资；避免发生甲烷化反应的危险；能够有效防止变换反应器床层温度过高，而且使变换反应器内变换反应所产生的热量得到充分利用的高浓度CO耐硫变换系统及工艺方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

本发明的高浓度CO耐硫变换工艺，其特征在于：

a.至少包括一个预变换反应器和一个主变换反应器；

b.原料工艺气至少有总体积的15～40％，首先进入a中所述预变换反应器进行预变换反应，经预变换后的工艺气与未进入预变换器的原料工艺气混合后，再进入主变换反应器，继续进行变换反应；

c.预变换反应器的工艺条件：

水/气     体积比            0.8～3.0

干气空速  m³/h              1000～10000

入口温度 ℃                 220～320。