[发明专利]一种用于煤制氢及合成氨的耐硫变换方法及装置

说明书

本发明属于煤化工领域，公开了一种用于煤制氢及合成氨的耐硫变换方法及装置。该方法首先通过使用自产蒸汽全部或部分用于配汽初步调节水气比，然后原料气通过保护床反应器后被分为三路，通过调整三路比例第三次调节水气比，之后通过减温塔调节二级及三级耐硫变换反应器的水气比，多级调节水气比，同时配合选用轴径向二级及三级耐硫变换反应器、在原料气换热器管壳程均设置调节阀等措施，在保持装置平稳操作的前提下，减少了蒸汽的消耗，更好的调控一级耐硫变换反应器入口温度，更好的保证了催化剂的寿命。

技术领域

本发明属于煤化工领域，更具体地，涉及一种用于煤制氢及合成氨的耐硫变换方法及装置。

背景技术

耐硫变换装置是煤化工工艺流程中重要的环节，主要作用将煤气化等得到的原料气中的CO组分与水蒸气在催化剂上进行变换反应生产氢气和二氧化碳，提高H₂浓度，获得满足要求的合成气。

由于CO的变换反应是强放热反应，而以Al₂O₃为载体的Co-Mo基催化剂的活性高，因而在CO变换反应(特别是一级变换)过程中催化剂容易因“飞温”而失活，而且Al₂O₃载体极易因与水蒸气发生水合反应而结块、失活。因此，如何针对高CO浓度、低水气比、含油污和粉尘的原料气进行耐硫CO变换，成为目前亟待解决的技术难题。

目前解决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。

对于低水气比、高CO含量的气化合成气，现有耐硫变换装置通过一次性配入大量蒸汽提高水气比至1.1以上，以避免耐硫变换反应器的温升，通常这种做法会消耗大量的蒸汽，能耗高，但是并不能及时调整耐硫变换反应器的入口温度，延迟现象非常明显，催化剂总是处于高水气比，热点高温区内，影响催化剂的寿命，装置操作波动，难以实现平稳操作。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种通过利用自产蒸汽多级调节水气比的方法，在更好的控制各级耐硫变换反应器的水气比，保证装置平稳操作的前提下，实现减少蒸汽的消耗，更好的调控一级耐硫变换反应器入口温度，更好的保证催化剂的寿命的目的。

本发明一方面提供一种用于煤制氢及合成氨的耐硫变换方法，耐硫变换方法包括：

a、来自煤制氢及合成氨装置的原料气经过原料气分液罐分液，由原料气分液罐罐顶得到的气体与蒸汽通过配汽混合器混合，进行水气比调整，之后原料气进入原料气换热器与来自一级耐硫变换反应器出口反应气换热；

b、换热后的原料气进入保护床反应器除杂，保护床反应器出口通过三路管线分别连接至一级耐硫变换反应器的顶部、一级耐硫变换反应器的中部、一级耐硫变换反应器出口管线；保护床反应器出口的物流进入第一路管线，任选进入第二路管线、第三路管线；一级耐硫变换反应器出口反应气进入原料气换热器与原料气换热降温；通过调节进入三路管线的物流比例对进入二级耐硫变换反应器的原料气进行水气比调整，同时对一级耐硫变换反应器出口温度进行调整；

c、来自原料换热器的高温气进入减温塔Ⅰ与来自锅炉给水换热器的锅炉给水混合以降温增湿，进行水气比调整，然后进入二级耐硫变换反应器；