一種自循環(huán)co變換工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種自循環(huán)CO變換工藝，其包括下述步驟：由激冷流程粉煤氣化單元送來的飽和了水蒸氣的粗合成氣分離出液體后脫除其中的雜質(zhì)和重金屬，然后分成兩股，第一股新鮮合成氣與高壓蒸汽和第一股一變混合氣混合后再補入中壓鍋爐給水，進入1#變換爐進行變換反應(yīng)；得到的一變混合氣換熱后分成兩股，第二股一變混合氣與第二股新鮮合成氣混合并補入中壓鍋爐給水后，進入2#變換爐進行變換反應(yīng)；得到的二變混合氣換熱后進入3#變換爐繼續(xù)進行變換反應(yīng)。本發(fā)明利用蒸汽噴射吸入變換后的低濃度CO進行循環(huán)，有效降低了進入變換爐的CO濃度，變換爐操作溫度降低，催化劑運行環(huán)境溫和，延長了催化劑使用壽命和裝置運行周期，且節(jié)能降耗效果好。
【專利說明】—種自循環(huán)CO變換工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CO變換工藝，具體指一種自循環(huán)CO變換工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國煤氣化技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)在逐漸掌握引進的廢熱鍋爐流程粉煤加壓氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了具有投資低、流程短、合成氣有效組分高、運行費用低且環(huán)境友好的激冷流程粉煤加壓氣化技術(shù)，如航天爐或東方爐煤氣化技術(shù)等。以上國內(nèi)開發(fā)的煤氣化技術(shù)均具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，工程設(shè)計周期短以及工藝包編制費用低，被國內(nèi)越來越多的煤化工裝置所采用。激冷流程粉煤加壓氣化技術(shù)生成的粗合成氣中CO干基體積含量通常在60%以上，同時水蒸汽體積含量相比干基氣體體積介于70 %~90%之間，粗合成氣具有水蒸汽含量較高和CO含量高的顯著特點。
[0003]激冷流程的粉煤加壓氣化技術(shù)用于造氣來配套合成氨、制氫和甲醇等裝置時均需配置CO變換工序，通過CO變換來調(diào)節(jié)合成氣中的氫碳比例或?qū)⒈M量多的CO變換為氫氣。因此，不論是生產(chǎn)合成氨或者甲醇等產(chǎn)品均面臨著強放熱的高濃度CO變換技術(shù)難題，所以激冷流程的粉煤加壓氣化技術(shù)近年來的大力發(fā)展，也在推動著我國高濃度CO變換技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和進步。
[0004]變換反應(yīng)是水蒸汽和CO的等摩爾反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣的同時放出大量反應(yīng)熱。對于不同煤氣化技術(shù)所生成的粗合成氣，變換工序的化學反應(yīng)過程均相同，但是變換流程需根據(jù)粗合成氣的特點進行有針對性的設(shè)計。對于采用激冷流程的粉煤加壓氣化技術(shù)生成的粗合成氣，在變換工序進行CO變換反應(yīng)時，變換流程設(shè)計的重點和難點是如何有效控制CO變換反應(yīng)床層溫度，防止超溫事故發(fā)生，延長變換催化劑壽命，降低裝置能耗和投資等方面。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，為了抑制高濃度CO變換反應(yīng)的超溫問題，采用了等溫變換串絕熱變換工藝，圍繞著等溫變換爐設(shè)置了`汽包和循環(huán)水泵等相關(guān)設(shè)備，設(shè)備投資較高；另外等溫變換爐結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，設(shè)備制造費用昂貴且設(shè)備檢維修很困難，尤其是催化劑的更換和裝填，需要將等溫變換爐從結(jié)構(gòu)框架中移出才能夠進行，耗時費力并且更換周期長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種自循環(huán)CO變換工藝，以解決現(xiàn)有等溫變換串絕熱變換的CO變換工藝設(shè)備投資高，等溫變換爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價昂貴，設(shè)備制造以及檢維修困難等一系列技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:該自循環(huán)CO變換工藝，其特征在于包括下述步驟:
[0008]由激冷流程粉煤氣化單元送來的飽和了水蒸氣的粗合成氣溫度195°C~205°C，壓力3.7Mpa (G)~3.8Mpa (G)，水/干氣摩爾比約為0.7~0.8，CO干基體積含量65%~75%，粗合成氣在氣液分離器中分離出液體后進入粗合成氣預(yù)熱器預(yù)熱至245°C~255°C，進入脫毒槽脫除粗合成氣中的雜質(zhì)和重金屬；
[0009]出脫毒槽的新鮮合成氣分成兩股，其中占體積總量30%~35%的第一股新鮮合成氣與利用高壓蒸汽噴射器噴射高壓蒸汽所產(chǎn)生動力吸入的占體積總量10%~20%的第一股一變混合氣進行混合，然后進入氣液混合器與補入的中壓鍋爐給水進行混合后進入1#變換爐進行變換反應(yīng)；控制進入1#變換爐的混合氣溫度245°C~255°C，CO干基含量50%~60%，水/干氣摩爾比1.6~1.8 ;
[0010]出1#變換爐的變換氣溫度為425°C~435°C、C0干基體積含量3%~5%、水/干氣摩爾比0.7~0.9 ;
[0011]一變混合氣進入蒸汽過熱器用來過熱下游1#中壓廢鍋和2#中壓廢鍋所產(chǎn)的中壓飽和蒸汽，將中壓蒸汽過熱至400°C送出界區(qū)，一變混合氣溫度降至340°C~360°C ;然后一變混合氣進入1#中壓廢鍋產(chǎn)出溫度250°C，壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，與下游2#中壓廢鍋產(chǎn)出的中壓飽和蒸汽混合后進入蒸汽過熱器過熱；此時一變混合氣溫度降至270 O ~280 O ；
[0012]出1#中壓廢鍋的一變混合氣分成兩股，其中占總量10~20v%的第一股一變混合氣通過高壓蒸汽噴射器抽吸返回到1#變換爐的入口 ；剩余的第二股一變混合氣與占新鮮合成氣總量65~70v%的第二股新鮮合成氣混合，然后進入氣液混合器與補入的中壓鍋爐給水進行混合后，進入2#變換爐進行變換反應(yīng)；控制2#變換爐入口混合氣的溫度為245~2550C、CO干基體積含量40~45%、水/干氣摩爾比為0.80~1.0 ;
[0013]出2#變換爐的二變混合氣溫度為420~430°C，CO干基體積含量6%~8%，水/干氣摩爾比為0.40~0.45 ;
[0014]二變混合氣進入2#中壓廢鍋產(chǎn)出溫度250°C，壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，同時二變混合氣溫度降至260~270°C，再經(jīng)過粗合成氣預(yù)熱器換熱后溫度降至225°C~230°C，進入3#變換爐繼續(xù)進行變換反應(yīng)；
[0015]出3#變換爐的三變混合氣溫度為260°C~270°C，CO干基體積含量為1%~1.5%，水/干氣摩爾比0.30~0.40 ;
[0016]三變混合氣進入鍋爐給水換熱器預(yù)熱由界區(qū)送來的溫度130°C，壓力5.0Mpa(G)的中壓鍋爐給水，將中壓鍋爐給水預(yù)熱至200°C，三變混合氣溫度降至210°C~230°C后送下游。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0018]1、通過利用蒸汽噴射吸入變換后的低濃度CO進行循環(huán)，有效降低了進入變換爐的CO濃度，變換爐操作溫度降低，催化劑運行環(huán)境溫和，催化劑使用壽命變長，變換單元容易實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行。
[0019]2、在整個變換反應(yīng)過程中，僅有30~35v%的新鮮合成氣和部分循環(huán)回來的一變混合氣中的水/干氣摩爾比達到1.6~1.8，但整個變換系統(tǒng)的水氣比始終較低，降低了蒸汽的消耗。
[0020]3、在解決變換超溫的同時，使用了結(jié)構(gòu)簡單檢修方便的軸向變換爐，取消了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、檢修困難的徑向等溫變換爐，節(jié)省了設(shè)備投資，方便了設(shè)備維修。 【專利附圖】

【附圖說明】[0021]圖1為本發(fā)明實施例的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖實施例、對比例對本發(fā)明做進一步闡述。
[0023]實施例
[0024]將本實施例配套使用在采用激冷流程的粉煤加壓氣化技術(shù)造氣生產(chǎn)30萬噸/年合成氨52萬噸/年尿素的典型的化肥裝置中。
[0025]如圖1所示，該自循環(huán)CO變換工藝包括下述步驟:
[0026]由激冷流程粉煤氣化單元送來的飽和了水蒸氣的粗合成氣溫度195°C~205°C，壓力3.7Mpa (G)~3.8Mpa (G)，水/干氣摩爾比約為0.7~0.8，CO干基體積含量65%~75%。在用管道將粗合成氣從氣化單元送到變換單元的過程中由于熱量損失，粗合成氣中的少量水蒸汽會被冷凝生成冷凝液，粗合成氣和冷凝液在管道系統(tǒng)內(nèi)共存會導(dǎo)致管線和設(shè)備的腐蝕以及震動，所以粗合成氣在進入變換爐之前需將其中的冷凝液分離出來。
[0027]本實例先將粗合成氣送入氣液分離器I，分離出的液體從氣液分離器I的底部排出。從氣液分離器I頂部出來的粗合成氣經(jīng)過粗合成器預(yù)熱器11預(yù)熱至245°C~255°C，進入脫毒槽2脫除粗合成氣中的雜質(zhì)和重金屬。 [0028]出脫毒槽2的粗合成氣稱為新鮮合成氣，該氣體被分成兩股。其中第一股新鮮合成氣占總量的30%~35v%，與利用高壓蒸汽噴射器3噴射高壓蒸汽所產(chǎn)生動力吸入的10%~20v%的一變混合氣進行混合，然后進入氣液混合器4與補入的中壓鍋爐給水進行混合，對溫度和水氣比進行微調(diào)?？刂七M入1#變換爐5的混合氣溫度245°C~255°C，CO干基含量50%~60%，水/干氣摩爾比1.6~1.8，進入1#變換爐5進行深度變換反應(yīng)。
[0029]經(jīng)過1#變換爐5深度變換反應(yīng)后，出1#變換爐5的變換氣溫度約為425 V~435 0C，CO干基體積含量3%~5%，水/干氣摩爾比0.7~0.9。一變混合氣進入蒸汽過熱器6用來過熱下游1#中壓廢鍋7和2#中壓廢鍋10所產(chǎn)的中壓飽和蒸汽，將中壓蒸汽過熱至400°C送出界區(qū)，一變混合氣溫度降至340°C~360°C。一變混合氣進入1#中壓廢鍋7產(chǎn)出溫度250°C，壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，與下游2#中壓廢鍋10產(chǎn)出的中壓飽和蒸汽混合后進入蒸汽過熱器6過熱。此時一變混合氣溫度降至270°C~280°C，將一變混合氣分成兩股，其中一股10%~20%的一變混合氣通過高壓蒸汽噴射器3抽吸返回到1#變換爐5的入口 ；另外一股80%~90%的一變混合氣，與第二股約占新鮮合成氣總量65%~70%的新鮮合成氣混合，然后進入氣液混合器8與補入的中壓鍋爐給水進行混合，對溫度和水氣比進行微調(diào)。進入2#變換爐9進行變換反應(yīng)?？刂?#變換爐9入口混合氣的溫度為245~2550C，CO干基體積含量40%~45%，水/干氣摩爾比為0.80~1.0。
[0030]經(jīng)過2#變換爐9深度變換反應(yīng)后，出2#變換爐9的二變混合氣溫度為420~4300C，CO干基體積含量6%~8%，水/干氣摩爾比為0.40~0.45。進入2#中壓廢鍋10產(chǎn)出溫度250°C，壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，同時二變混合氣溫度降至260~270°C，再經(jīng)過粗合成器預(yù)熱器11換熱后溫度降至~230°C，進入3#變換爐12繼續(xù)進行變換反應(yīng)，出3#變換爐12的三變混合氣溫度為260°C~270°C，CO干基體積含量為1%~1.5%，水/干氣摩爾比0.30~0.40。三變混合氣進入鍋爐給水換熱器13預(yù)熱由界區(qū)送來的溫度130°C，壓力5.0Mpa(G)的中壓鍋爐給水，將中壓鍋爐給水預(yù)熱至200°C，三變混合氣溫度降至210°C~230°C后送下游。
[0031]對比例
[0032]安徽昊源合成氨改造項目采用了激冷流程的粉煤加壓氣化技術(shù)造氣，用于生產(chǎn)30萬噸/年合成氨52萬噸/年尿素，采用了等溫CO變換技術(shù)，氣化單元送變換單元的有效氣(H2+C0)大約為85000Nm3/h。將其與上述實施例進行對比，結(jié)果見表1所示。
[0033]表1
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種自循環(huán)CO變換工藝，其特征在于包括下述步驟: 由激冷流程粉煤氣化單元送來的飽和了水蒸氣的粗合成氣溫度195°C~205°C，壓力.3.7Mpa (G)~3.8Mpa (G)，水/干氣摩爾比約為0.7~0.8，CO干基體積含量65%~75%,粗合成氣在氣液分離器(I)中分離出液體后進入粗合成氣預(yù)熱器(11)預(yù)熱至245°c~.255°C，進入脫毒槽(2)脫除粗合成氣中的雜質(zhì)和重金屬； 出脫毒槽(2)的新鮮合成氣分成兩股，其中占總量30~354的第一股新鮮合成氣與利用高壓蒸汽噴射器(3)噴射高壓蒸汽所產(chǎn)生動力吸入的占總量10~20v%的第一股一變混合氣進行混合，然后進入氣液混合器(4)與補入的中壓鍋爐給水進行混合后進入1#變換爐(5)進行變換反應(yīng)；控制進入1#變換爐(5)的混合氣溫度245°C~255°C，CO干基含量.50%~60%,水/干氣摩爾比1.6~1.8 ; 出1#變換爐(5)的變換氣溫度為425°C~435°C、CO干基體積含量3%~5%、水/干氣摩爾比0.7~0.9 ; 一變混合氣進入蒸汽過熱器(6)用來過熱下游1#中壓廢鍋(J)和2#中壓廢鍋(10)所產(chǎn)的中壓飽和蒸汽，將中壓蒸汽過熱至400°C送出界區(qū)，一變混合氣溫度降至340°C~。360℃ ;然后一變混合氣進入1#中壓廢鍋(7)產(chǎn)出溫度250°C，壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，與下游2#中壓廢鍋(10)產(chǎn)出的中壓飽和蒸汽混合后進入蒸汽過熱器(6)過熱；此時一變混合氣溫度降至270°C~280°C ； 出1#中壓廢鍋(7)的一變混合氣分成兩股，其中占總量10~20v%的第一股一變混合氣通過高壓蒸汽噴射器(3)抽吸返回到1#變換爐(5)的入口 ；剩余的第二股一變混合氣與占新鮮合成氣總量65~70v%的第二股新鮮合成氣混合，然后進入氣液混合器(8)與補入的中壓鍋爐給水進行混合后，進入2#變換爐(9)進行變換反應(yīng)；控制2#變換爐(9)入口混合氣的溫度為245~255°C、CO干基體積含量40~45%、水/干氣摩爾比為0.80~1.0 ; 出2#變換爐(9)的二變混合氣溫度為420~430°C，CO干基體積含量6%~8%，水/干氣摩爾比為0.40~0.45 ; 二變混合氣進入2#中壓廢鍋(10)產(chǎn)出溫度250°C，壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，同時二變混合氣溫度降至260~270°C，再經(jīng)過粗合成氣預(yù)熱器(11)換熱后溫度降至.225°C~230°C，進入3#變換爐(12)繼續(xù)進行變換反應(yīng)； 出3#變換爐(12)的三變混合氣溫度為260°C~270°C，C0干基體積含量為1%~1.5%，水/干氣摩爾比0.30~0.40 ; 三變混合氣進入鍋爐給水換熱器(13)預(yù)熱由界區(qū)送來的溫度130°C，壓力5.0Mpa(G)的中壓鍋爐給水，將中壓鍋爐給水預(yù)熱至200°C，三變混合氣溫度降至210°C~230°C后送下游。
【文檔編號】C01B3/12GK103879960SQ201410110682
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】許仁春, 楊興華, 李磊, 黃劍平, 胡小康, 黃怡, 石翔 申請人:中石化寧波工程有限公司, 中石化寧波技術(shù)研究院有限公司, 中石化煉化工程（集團）股份有限公司