[发明专利]一种低水气低变串饱和塔等温CO变换工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO变换工艺，具体指一种低水气低变串饱和塔等温CO变换工艺。

背景技术

近年来我国受石油资源日趋紧张影响，煤化工转入了一个快速发展的阶段。上世纪末本世纪初，我国相继引进了十多套壳牌的粉煤气化技术来制取合成气。壳牌煤气化技术对煤质要求低、合成气中有效组分高、运行费用低、开停车方便且环境友好。该技术生成的粗合成气冷却采用废热锅炉，生成的粗合成气中CO干基体积含量高达60％以上，同时水蒸气体积含量小于20％，粗合成气具有水蒸气含量低和CO含量高的显著特点。

我国在引进壳牌粉煤气化技术时，此技术商业化运营仅限于使用净化后的粗合成气燃气蒸汽联合循环发电装置，不需要设置CO变换工序。但将壳牌粉煤气化技术用于造气来配套合成氨、制氢、合成甲醇等装置时就面临高浓度CO变换技术难题。所以壳牌粉煤气化技术的引进同时，也极大的推动了我国高浓度CO变换技术的发展和进步。

变换工序是水蒸气和CO的等摩尔强放热反应，生成二氧化碳和氢气。对于不同的煤气化技术所生成的粗合成气，下游变换工序的化学反应过程均是相同的，但是变换流程需要根据粗合成气的特点进行有针对性的设计。对于壳牌煤气化技术生成的粗合成气，在变换工序进行CO变换反应时，变换流程设计的重点和难点是有效控制CO变换反应的床层温度，延长变换催化剂的使用寿命、减少变换级数设备投资、降低变换工序的压力降以及节省中压蒸汽和动力消耗。

目前国内在高浓度CO变换流程设计中普遍采用绝热变换炉，鉴于CO变换反应是强放热过程，现有的变换工艺流程组织均采用多段绝热变换炉进行反应，段间移走反应热量。因此，导致现有的高浓度CO变换技术工艺流程长、阻力大、热量损失多、变换炉极易超温、催化剂寿命短以及能耗高等一系列问题。

如申请号为201110260551.8的中国发明专利申请所公开的《一种低水气比串饱和热水塔CO变换工艺》，该低水气比串饱和热水塔CO变换工艺全部采用绝热变换炉，反应级数较多，系统压降大，后系统对变换气压缩消耗的能耗高；尤其是中温变换炉采用绝热变换炉，炉壁要承受高温高压的变换气，造成设备壁厚大，设备投资高；中温变换炉催化剂长期处于较高温度下运行，运行环境苛刻，催化剂寿命较短，更换频繁操作费用高；同时由于绝热反应级数多，变换工序开车时对催化剂硫化过程复杂，变换工序开车耗时长、费用高。并且还存在绝热变换炉的一些通病：绝热变换炉温度控制较困难，容易出现超温问题，对变换工序安全运行造成不利影响，存在安全隐患；出口CO浓度受反应平衡制约，难以降到较低水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种低水气比低变串饱和塔等温CO变换工艺，以解决现有低水气比串饱和热水塔CO变换工艺流程长、反应级数较多、系统压降大，设备壁厚大、设备投资高、变换炉易超温、中温变换炉催化剂寿命短等一系列问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该低水气低变串饱和塔等温CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：

气化工序送来的粗煤气首先进入气液分离器分离出液相后，进入粗煤气预热器与预变混合气换热提温到190℃～230℃，然后和来自管网温度为400℃，压力4.0Mpa的中压过热蒸汽充分混合，进入脱毒槽除去粗煤气中的杂质，控制进入脱毒槽的粗煤气温度为200～220℃、水/干气摩尔比为0.19～0.23；

出脱毒槽的粗煤气送入预变换炉进行初步的变换反应，控制进入预变换炉的粗煤气水/干气摩尔比为0.19～0.23、温度为200～220℃，控制预变换炉内催化剂空速为5000～7000，出预变换炉的预变混合气温度为360℃～390℃，CO干基体积含量约为34％～38％；

预变混合气先后依次经过变换气加热器、预变换气冷却器和粗煤气预热器，分别与来自饱和塔的预变混合气、来自热水塔的工艺循环水以及来自气液分离器的粗煤气换热回收热量；

出粗煤气预热器的预变混合气温度降为165℃～175℃，从饱和塔的下部进入饱和塔；预变混合气在饱和塔内从下向上流动，与来自热水塔的温度为190℃～195℃的工艺循环水逆流接触进行传热传质，从饱和塔底部排出的工艺循环水送回热水塔再次加热循环使用，同时抽出工艺循环水总量的3％～8％去后系统进行汽提，防止有害物质在工艺循环水中累积；