[发明专利]一种配套甲醇合成的高CO等温变换工艺

说明书

本发明涉及到一种配套甲醇合成的高CO等温变换工艺，包括等温变换炉，等温变换炉内设有两组换热管；来自煤气化工段的粗煤气分为两股，第一股作为非变换气，第二股作为变换气炉；装置运行前期，第二股粗煤气换热至250℃～265℃后进入等温变换炉，两组换热管同时工作，等温变换炉出口变换气温度为280～295℃；装置运行后期，第二股粗煤气换热至265～280℃进入等温变换炉，等温变换炉出口变换气温度为295～310℃；变换气回收热量后与第一股粗煤气并流后送去甲醇合成装置。本发明通过后期改变换热面积来满足衰退后的催化剂活性温度要求，从而避免了蒸汽管网的压力波动所导致的设备投资高的问题，并维持了变换率的恒定。

技术领域

本发明涉及到一氧化碳变换技术领域，具体指一种配套甲醇合成的高CO等温变换工艺。

背景技术

进入二十一世纪以来，我国以煤为原料的化学工业得到快速发展，从荷兰引进的shell粉煤气化工艺开始，衍生开发了多种煤气化自主工艺，该类工艺制取的原料气中CO干基含量普遍较高，达60％以上，对于采用气化工艺制取合成气及下游C1化工产品的生产装置，一般需通过变换反应将原料气中的CO去除，该反应消耗水蒸汽制得H2，同时又把CO变为易于脱除的CO2。下游产品包括制氢、合成氨、制甲醇、合成油、煤制天然气等，而不同的下游产品对合成气中的CO含量要求不同，对应的变换反应深度及工艺亦不同。

一氧化碳变换为一种在催化剂作用下的强放热可逆反应，根据对反应热的移热方式不同，CO变换工艺分为绝热变换工艺和等温变换工艺。

目前国内高浓度CO变换多主要采用“多段绝热反应+段间热能回收”的方式设置流程，该工艺存在易超温、流程长、易设备多、投资大、能耗高、系统压降大、催化剂寿命短等问题。

近年来开发的等温变换工艺通过在变换炉内设置换热设备，以液体水为传热介质，吸热后水汽化为蒸汽，能够快速吸收变换反应热，维持催化剂床层温度稳定，进而实现变换装置的稳定运行。相比较传统绝热变换技术，等温变换工艺具有流程短、设备少、投资低、能量利用率高、易于大型化等特点，近年来受到了越来越多的关注。

但目前国内开发的如等温变换串绝热变换，由于高浓度的CO气体首先通过绝热变换炉，所以仍然没有解决高浓度CO绝热变换时出现的绝热变换炉超温、催化剂失活快等问题，无法实现高浓度CO变换装置的长周期稳定运行。又如双等温变换串联工艺，变换气都是全气量通过所有变换炉，设备尺寸大，造价高，制造运输困难，此外，国内外现有的等温变换炉，均配置有汽包副产中压蒸汽，但由于在变换反应中后期催化剂活性降低，在对变换炉提温操作时，必须提高副产蒸汽压力，以保证等温变换炉的热量移除，该蒸汽压力波动达2.5MPaG以上，对装置的蒸汽管网造成冲击，不利于系统稳定运行，且需相应提高中压蒸汽管网设计压力，增加了管道投资。

如申请号为201410439881.7的中国发明专利申请所公开的《一种高浓度CO原料气等温变换工艺》，该变换工艺采用一段绝热炉和一段等温变换的工序，首先，第一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；并且第一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，第一变换炉采用绝热炉，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。另外，该二变等温变换炉副产4.0MPa蒸汽仅在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，变换炉提温操作后，蒸汽需提压至6.5MPa方能满足等温炉移热需求，在此专利所要求的第一反应器入口水气比和温度下及产汽压力下，在变换催化剂使用的中后期，变换反应并不能稳定的进行。

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用于高CO浓度的粗煤气变换工艺，能有效解决传统绝热变换炉超温、等温变换炉在催化剂中后期提温操作后中压蒸汽系统压力波动大的可变面积等温变换工艺。