[发明专利]粉煤气化低水气比全低温激冷CO耐硫变换工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO变换工艺，具体指一种粉煤气化低水气比全低温激冷CO耐硫变换的工艺。

背景技术

对于采用大型气化工艺制取合成气及下游C₁化工产品的生产装置，原料气中的一氧化碳一般是通过变换反应除去，消耗水蒸汽，可制得与反应了的一氧化碳等摩尔的氢气，同时又把一氧化碳变为易于脱除的二氧化碳。一氧化碳变换是高放热反应，一般采用分段变换流程，段间移走热量。在流程设置中如何有效的控制一氧化碳变换反应的床层温度，避免甲烷化副反应的发生，延长催化剂的使用寿命，降低气体通过变换炉的压力损失和节省水蒸汽，是变换流程开发的重点和难点。

变换反应一般根据原料气的组成来选择催化剂。通常使用的催化剂有耐硫变换催化剂和非耐硫变换催化剂两种。目前用于非耐硫变换的一氧化碳低温变换工艺流程，多采用铁系催化剂，而采用耐硫变换的钴系催化剂，一般都需要较高的水/气比和较高的操作温度。

现有低温耐硫变换工艺及装置通常用于处理CO的体积含量小于45％的原料气，而用于处理CO体积含量大于60％的高CO含量原料气的耐硫变换工艺及生产装置不多。而现有的低温耐硫变换工艺及装置生产能力小，运行欠稳定，变换气通过变换炉的压力损失大，后序工序消耗的压缩功变大，生产成本高。

申请号为200710068401.0的中国发明专利申请公开了《一种与粉煤气化配套的CO变换工艺》，其预变换炉水/干气摩尔比为1.3～1.5。过高的水气比使预变换催化剂操作环境恶化，在实际生产中，预变换催化剂在短期内活性急剧衰退并且板结，系统压降显著增加，催化剂更换频繁，影响装置的长周期稳定运行，并且此变换流程的中压过热蒸汽消耗偏大，增加了企业的生产成本。

再如申请号为200710087573.2的中国发明专利申请所公开的《一种粉煤气化低水/气耐硫变换工艺》为低水气比CO耐硫变换工艺流程，此发明专利申请所公开的第一反应器入口的水/干气摩尔比为0.18～0.20，入口温度为180～220℃。但在变换装置的实 际运行中，发现第一反应器入口的水/干气摩尔比0.18～0.20，入口温度180～220℃仅在变换催化剂使用初期可以维持，在变换催化剂使用中期和后期，第一反应器入口的水/干气摩尔比通常需要达到0.21～0.23，入口温度需要达到225～250℃。也就是说在此专利所要求的第一反应器入口水气比和温度下，在变换催化剂使用的中后期，变换反应并不能稳定的进行；另外此专利对后续的变换炉设置情况及工艺参数均没有体现。

徐邦浩在《化肥工业》第33卷第4期发表了题为“Shell粉煤气化一氧化碳变换工艺选择”的文章，此文章针对柳州化工厂存在的中压过热蒸汽短缺的情况，提出了一种节省蒸汽的低水气比变换流程，此变换流程采用的是甲烷化技术对气体进行最终精制，因此变换系统设置了4台变换炉，2^#变换炉出口变换气对1^#变换炉的进口气体进行预热，3^#变换炉出口变换气副产低压蒸汽，最终变换气出口CO干基体积含量为0.65％，此流程设置在实际运行中存在以下问题：

1、最终变换气出口CO干基体积含量为0.65％有缺陷，对于气体精制采用甲烷化流程来说变换出口CO含量偏高、甲烷化工段氢气消耗较严重，相当于增加了吨氨的有效气消耗；对于气体精制采用液氮洗流程来说此变换出口CO含量又偏低，不能充分发挥液氮洗流程的特点。

2、文中1^#变换炉和2^#变换炉的出口温度均超过400℃，在低水气比的工况下会发生强放热的甲烷化反应，变换炉会出现严重超温。

3、文中2^#变换炉出口变换气对1^#变换炉的进口气体进行预热在设计上有缺陷，实际生产中暴露出以下两个问题：

1)2^#变换炉入口气体中CO含量较高，变换开车期间运行一般不稳定，所以出口气体的温度也是波动的，此波动会影响到1^#变换炉的进口气体温度，而1^#变换炉的出口气体温度又会影响2^#变换炉的进口气体温度，进一步会引起整个变换系统的波动；