[发明专利]一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳可控半等温变换工艺

说明书

本发明涉及一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳可控半等温变换工艺，本发明的适用范围广泛，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，本发明工艺流程短，设备数量少，控制简单，投资和运行费用低；通过设置带有控制阀的可控半等温饱和蒸汽发生系统，可以迅速、有效调节变换气温度，不仅对产汽压力无影响，而且解决了高一氧化碳含量原料气变换反应易超温、控温难的问题，最大限度的提高了副产饱和蒸汽的等级，减少了利用价值较低的低压饱和蒸汽产量；可以高压饱和蒸汽进行过热，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；对于催化剂末期需提温的工况，只需适当调节控制阀开度即可，便于操作。

技术领域

本发明涉及一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳可控半等温变换工艺。

背景技术

一氧化碳变换装置在新型煤化工装置中具有极其重要的地位，它是将上游气化装置来的粗合成气，在催化剂的作用下，根据下游产品对氢碳比的要求，全部或部分反应生成氢气。不同产品要求对变换工艺流程的设置有较大的影响。对于生产氢气、合成氨的装置，通常需要将一氧化碳尽可能全部转化为氢气；对于生产羰基合成气的装置，例如合成甲醇、乙二醇、合成油、天然气等，变换反应深度较浅，需根据产品要求调整合成气中一氧化碳和氢气的比例。新型连续加压煤气化技术主要分为水煤浆气化技术(例如GE、多喷嘴、多元料浆等)，粉煤气化技术(壳牌、东方炉、航天炉、GSP等)。粉煤气化产出的粗合成气浓度通常高出水煤浆气化10％～20％，尤其是激冷型粉煤气化产出的粗合成气不仅一氧化碳浓度高，而且水气比较高，为0.7～1.0，变换反应推动力大，极易引起变换炉的超温，给变换反应的流程设置带来一定的难度。

目前对于高浓度一氧化碳制羰基合成气的配套变换工艺，通常有以下几种方法：传统的高水气比、催化剂动力学控制、低水气比等绝热工艺，以及近些年发展迅速的等温变换工艺。高水气比变换工艺即在变换装置入口一次性加入大量的蒸汽，使水气比增加到1.6以上甚至更高，以避免第一变换炉的超温，但随着投入蒸汽量增加，造成能量的巨大浪费，而且多添加的蒸汽在下游低品位热量回收阶段还要以凝液的方式分离出来，增加了设备投资和操作费用；对于高水气比工艺，变换催化剂的寿命也较短，通常为1～2年，催化剂对煤质硫含量要求也较高，若粗合成气中硫化氢的含量较低，易引起催化剂的反硫化。申请号为CN201110132692.1的《煤制甲醇净化装置中控制CO/H2摩尔比的方法》在高水气比工艺上进行了改进，采用分股变换的方法，将粗合成气分为两股，将其中一股加蒸汽至高水气比进行深度变换反应，靠过量的蒸汽和催化剂装量控制避免第一变换炉超温，出口变换气经热回收后再与未反应的另一股粗合成气混合进入第二变换炉反应至所需氢碳比。该方法能较好的控制变换炉的温度，但对于生产羰基合成气的变换工艺来说，上游粗合成气中自身所含的饱和水已经能满足反应的需求，再补充的蒸汽最终还是要以凝液的方式分离出系统，还是存在一定的能量浪费；且分股变换的路线较为复杂，水气比要随时根据CO浓度进行调整，控制上也存在一定难度。因此，在高水气比工艺上进行的流程改进还是存在一定的局限性。

催化剂动力学控制即通过减少第一变换炉催化剂装填量，无需补加蒸汽，通过使变换反应远未达到反应平衡的方法来控制床层的温度在可控范围，后续的变换反应则根据反应深度的要求逐步补充锅炉水，基本不需要添加蒸汽。但该方法同样存在一定的局限性，由于高一氧化碳含量和高水气比的双重作用，反应的推动力较大，平衡温距大，催化剂的用量必须精确计算。如果催化剂装填量超出范围，则会造成反应深度加大而导致超温；对于开车负荷较低的阶段，粗合成气量往往只有正常量的一半甚至更低，对于同样催化剂装填量，则极易引起超温。申请号为CN201020561656.8的中国实用新型专利《一种用于高浓度CO原料气进行变换反应的反应器》在催化剂动力学控制方法的基础上进行了改进，提供了一种变换炉的分层装填分段进气专利技术。通过原料分股，一部分进入变换炉进行反应，一部分走旁路作为激冷气，与反应后的变换气混合，从而降低床层温度。由于影响反应温度的因素较多，分股的比例、催化剂的装填量、原料气负荷、水气比波动都会造成反应温度的变动，因此该方法的控制系统设计较为复杂。