[发明专利]一种用于高浓度CO原料气的变换工艺

说明书

本发明涉及一种用于高浓度CO原料气的变换工艺，本发明适用范围广泛，适用于煤化工配套的一氧化碳变换技术流程，一氧化碳干基体积含量为30～90％，水/绝干气体积比为0.1～1.6的原料；工艺流程短，系统阻力低，水汽混合移热变换炉，将传统的绝热变换工艺流程中二级和三级变换合成一级反应，不但减少了设备数量，而且省去中间余热换热器，缩短了工艺流程，降低了系统阻力；本发明解决了高浓度CO原料气变换反应易超温、控温难的问题，自产的高压饱和蒸汽可以进行过热，无需再设置外部过热炉或与其他装置热联合，降低了投资和操作难度。

技术领域

本发明涉及一种用于高浓度CO原料气的变换工艺。

背景技术

目前，国内外先进的煤气化工艺中，工业上广泛应用的是气流床工艺，主要包括水煤浆气化和粉煤气化两大类，其中粉煤气化因高温合成气的冷却方式不同又分为废锅型和激冷型两类。具有代表性的废锅型流程包括国外引进的Shell粉煤气化工艺；激冷型流程包括国外引进的GSP粉煤气化工艺和国内自主开发的“航天炉”、“东方炉”粉煤气化工艺等。这些气化装置产出的合成气CO干基体积含量通常高达60%以上，其中激冷型粉煤气化合成气的水气比介于传统的高、低水气比之间，为0.7～1.0，在该水气比范围内，高浓度CO变换反应最为剧烈，温度可高达500℃以上，因此需要通过降低水气比、提高水气比或采用其他手段才能控制住反应温度。

低水气比变换工艺是将合成气进第一变换炉的水气比控制在0.1~0.4，来限制CO的转换率，从而达到控制反应温度的目的。但高温、低水气比条件下发生甲烷化反应的风险骤增，极易出现变换炉飞温，造成催化剂活性急剧衰退，催化剂更换频繁，影响装置的长周期稳定运行。如申请号为CN200710087573.2的中国发明专利所公开的《一种粉煤气化低水/气比耐硫变换工艺》，该专利在传统低水气比的工艺上有所改良，将进入第一变换炉的合成气水气比调整为0.15~0.20，提高反应空速为6000~9000h^-1，降低反应的热点温度，达到控温目的；该发明工艺在正常负荷时，温度可控并能抑制甲烷化副反应的发生，但在低负荷工况或开工工况时，同样存在第一变换炉高温下发生甲烷化反应的风险。

高水气比变换工艺是为了防止第一变换炉超温，在变换炉入口一次性添加大量过热蒸汽，使水气比达到1.3~1.5甚至更高。对于制氢或合成氨装置，需要将合成气中的一氧化碳全部转化为氢气，因此反应的深度大，通常需要水气比在1.2以上才能满足要求；但对于煤制羰基合成气（包括甲醇合成、合成油、合成天然气等）而言，总水气比本身无需达到1.2即可满足调节氢碳比的要求，因此额外补充蒸汽使装置能耗高，投资大。另外，对于原料气中硫含量低的工厂，还会因为高温和高水气比出现反硫化现象，必须使用高硫煤或添加硫磺等手段增加工艺气中的硫含量，才能维持正常生产，限制了该工艺的选择范围。如申请号为CN200610018566.2的中国发明专利所公开的《一种高浓度一氧化碳二级变换工艺方法》，补加蒸汽至合成气中，将水气比升至0.9~1.1，控制合成气在第一变换炉中的停留时间至1~2秒，达到控制反应温度的目的；但该发明补充的蒸汽较多，增加了能耗，同时进入第一变换炉的水气比没有足够高，存在超温的风险。

低水气比和高水气比是传统的配套高浓度CO合成气的变换工艺，存在着工艺流程长、反应温度控制难、工程投资大、系统阻力大等问题，因此等温变换技术应运而生。等温变换是利用埋在催化剂床层内部移热水管束，将催化剂床层反应热及系统多余的低品位热能转化为高品位蒸汽，同时降低催化剂床层温度，提高反应推动力，延长催化剂寿命。随着等温技术的成熟及工业化应用，等温变换炉也多种多样，如申请号为CN201410455211.4的《一种内置管束等温变换反应器》、申请号为CN201420618039.5的《一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉》、申请号为CN201520522410.2 的《去除粗煤气中CO的等温变换系统》提出的轴向式等温反应器及其配套工艺、申请号为CN201410334970.5的《一种等温绝热径向复合式反应器》等。