[发明专利]一种用于高浓度一氧化碳全部变换工艺

说明书

本发明涉及一种用于高浓度一氧化碳全部变换工艺，本发明工艺流程短，系统可靠、系统阻力小，设备数量少，占地少，控制简单，投资和运行费用低；分段式轴径向变换反应器的应用解决了高一氧化碳含量原料气变换反应原料气负荷变动导致的易超温、控温难的问题，相比于分层进气的轴向变换反应器，变换炉压降和设备直径、高度减小，设备投资大大降低；可控等温反应器副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；系统补充水气比采用喷入激冷水和自产饱和蒸汽的方法就能满足，无需从界区外引入高压过热蒸汽，降低了能耗；通过设置带有控制阀的可控温饱和蒸汽发生系统，可以迅速、有效调节变换气温度。

技术领域

本发明涉及一种用于高浓度一氧化碳全部变换工艺。

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。

对于制氢或合成氨装置，在变换阶段需要将粗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。而粉煤气化产生的粗合成气中水气比通常低于1.0，而且由于一氧化碳含量较高，极易引起第一变换炉的超温，故通常采用高水气比补充水气工艺，即通过在第一变换炉前加入大量水蒸气，将水气比提高至1.4以上甚至更高，从而既能满足变换深度要求，也可以避免了变换炉超温。但该工艺存在以下问题：①能耗较高，多添加的蒸汽在下游还要通过水冷等以凝液的方式回收，增加了低品位热量回收的投资。②流程设置较长，通常需要设置包括预变换炉在内的三至四段变换流程，投资较高。③催化剂在高水气工况下易发生反硫化，对煤中最低硫化氢浓度含量要求较高，从而缩小了原料煤选择范围。④催化剂在高温高水气比苛刻条件下运行，使用寿命短。申请号为CN201410381658.1 的中国发明专利《一种能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺》提出了一种改进型的高水气工艺，以减少高水气变换工艺补加蒸汽总量，将粗煤气合理分为两股，将某一股配加蒸汽至高水气比进入第一变换炉进行深度变换反应，且使反应接近平衡，靠高水气比和化学平衡控制第一变换炉超温，出口变换气经热回收后再与未反应的另一股粗煤气混合进入第二变换炉，此时混合气的一氧化碳浓度基本接近水煤浆气化粗合成气一氧化碳浓度。该浓度下的变换反应较缓和，不会再有超温危险，然后继续后续变换反应。该工艺节省了蒸汽，而且避免了第二变换炉超温的情况，但同样存在以下问题：第一变换炉反应条件苛刻，影响催化剂使用寿命，且蒸汽消耗依然较高；低负荷工况下第一变换炉催化剂装填量相对过高，反应推动力大，易引起超温，因此需要严格控制分股气量配比，操作难度大。

对于废锅型粉煤气化技术，虽然粗合成气中一氧化碳含量较高，但水气比较低，通常在0.15~0.25，因此配套变换工艺也可采用低水气比工艺。即将粗合成气依次经过四至五段变换反应，从第一变换炉之后的每段变换炉入口增加锅炉水或少量蒸汽对变换气进行激冷，提高水气比，直至最后变换炉出口一氧化碳含量满足要求。相比于高水气比工艺，该流程的主要优点是利用了变换热，采用逐级淬水的方式补充反应的水气比，不足的水气比再添加蒸汽进行补充，利用廉价的水替代高品位的蒸汽，大幅度降低了蒸汽用量和冷凝液的排放量。经济效益要好于传统高水气工艺。但该工艺同样存在以下问题：①激冷型粉煤气化技术产出的粗合成气水气比和一氧化碳含量均较高，全气量通过第一变换炉极易引起超温，因此不适用。②由于采用逐级淬水方式，第一变换炉反应深度相比高水气比工艺不足，因此通常需要设置四至五段变换，工艺流程较长，投资较高，占地较多。