[发明专利]一种气流床煤气化高浓度一氧化碳变换的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一氧化碳变换工艺，具体的说是一种气流床煤气化高浓度一氧化碳多级变换工艺。

背景技术

气流床粉煤气化工艺中，一氧化碳变换生产工艺是煤化工生产过程中的关键环节，是合成氨、甲醇及制氢等工艺中一种重要的净化工艺过程。通过一氧化碳变换反应，不但能够清除大部分一氧化碳，而且可以将一氧化碳转换为所需要的有效气体成分氢气，进而生产有用的下游化工产品。

一氧化碳变换反应是一个大量放热的过程，对于CO含量较高的粗煤气而言，进变换反应器的入口温度越高、气体停留时间越长、气体线速度越小，则CO变换率越高，尤其是当CO含量高于50％时，参与反应的CO反应推动力大，极易造成变换反应器内发生甲烷化等副反应，产生大量的反应热，引起床层温度过高甚至出现“飞温”，引起装置停车的问题。目前，国内在运行的气流床和干煤粉煤气化工艺如Shell粉煤气化工艺，产生的粗煤气中CO干基含量高达60％以上，为了避免床层超温和甲烷化副反应的产生，一般采用控制进入变换反应器中的水/气比，包括高水/气比或低水/气比变换反应，以实现高浓度一氧化碳的变换。通过分级多段式变换方法，提高进料气的水/气比，抑制甲烷化副反应。如五环科技股份有限公司提出的(200610018566.2)高浓度一氧化碳二级变换工艺方法，通过补充一定的额外蒸汽以高水/气比0.9-1.1进初级变换反应器，可使最终反应后气体中CO体积含量为0.3-3％。又如青岛联信化学有限公司提出的(200710087573.2)低水/气比变换工艺技术，通过控制原料气入口温度为180-220℃，水/气比为0.15-0.20，空速为6000-9000h^-1，采用CO耐硫变换反应催化剂，实现了粗煤气一氧化碳的初级变换，出口变换气中CO干基含量为40-50％。通过高水/气比，可以有效避免甲烷化副反应的产生，但是高水/气比变换需要在工艺线路中补充大量蒸气，从而造成生产成本的提高，而采用低水/气比能够解决高浓度CO在变换炉内反应时易造成床层的热点温度高，严重影响催化剂的性能和设备的正常操作的问题，由于对原料气中的水/气比有一定地要求，如低水/气比要求为0.15-0.20，仅对特定组成的原料气适用，且工艺条件难以控制，易因散热能力不足而出现局部过热现象，导致系统运行不稳定，限制了其使用范围。

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题，采用先进的工艺技术手段和工艺流程，实现高浓度一氧化碳的变换工艺，该工艺流程控制简单、生产成本低、能耗低，可用于生产合成氨、甲醇、制备氢气或天然气等多种原料气体的气流床煤气化高浓度一氧化碳变换工艺。

本技术方案采用多段式变换工艺，CO干基含量为55-75％的粗煤气，首先进入预变换反应器进行预变换，反应器操作压力为3.0-4.0MPa，控制预变换反应器中CO变换率为32.5％～41.5％，气体的停留时间为5.5-9.5s，操作空速为9000-12000h^-1，气体的线速度为0.5～1.4m/s，控制出预变换反应器的热点温度不超过360℃，预变换后的变换气继续进入下游工序。

所述预变换反应后的变换气进行一级变换，控制一级变换反应器中CO变换率在45.5％～85％，变换反应器内气体的停留时间为7.5-11s，操作空速为2500-10000h^-1，气体的线速度在0.35～0.84m/s，控制出一级变换反应器的热点温度不超过390℃，一级变换后的变换气进入下游工序。

所述变换工艺采用的催化剂为钴钼系CO耐硫变换催化剂。

预变换催化剂采用QCS-12(QCS-04Q)催化剂，预变换前的粗煤气中H₂S含量为0.015％(v/v)以上。

一级变换催化剂选用QCS-12(QCS-04Q)催化剂，或者QCS-04催化剂，进入一级变换前的预变换气中H₂S含量为0.05％(v/v)以上。

所述预变换反应气的余热可用于预热原料煤气，或和用于预热除盐水和锅炉用水；一级变换反应及后续变换反应的变换余热采用废锅生蒸汽或/和将激冷液气化的方式回收，或用于副产低压蒸汽或/和预热除盐水和锅炉用水。