一種激冷循環(huán)co變換工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種激冷循環(huán)CO變換工藝，其包括下述步驟：由粉煤氣化單元送來的粗合成氣分成兩股；第一股經(jīng)換熱后與高壓蒸汽和第一股一變變換氣混合后，再補(bǔ)入中壓鍋爐給水，進(jìn)入1#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；得到的一變變換氣分成兩股，第二股一變變換氣與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水和中壓蒸汽混合，進(jìn)入2#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；得到的二變變換氣進(jìn)入氣液混合器與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水混合后進(jìn)入3#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)。本發(fā)明將粗合成氣和一變變換氣分成兩股，有效降低了進(jìn)入變換爐的CO濃度，變換爐操作溫度降低，催化劑運(yùn)行環(huán)境溫和，延長了催化劑的使用壽命和裝置的運(yùn)行周期，且節(jié)能降耗效果好。
【專利說明】—種激冷循環(huán)CO變換工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到CO變換工藝，具體指一種激冷循環(huán)CO變換工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國煤氣化技術(shù)取得了長足發(fā)展，尤其是采用廢熱鍋爐流程的粉煤加壓氣化技術(shù)，具有對煤質(zhì)要求低、合成氣中有效組分高、運(yùn)行費(fèi)用低且環(huán)境友好等特點(diǎn)，被國內(nèi)越來越多的大型煤化工裝置所采用。廢熱鍋爐流程粉煤加壓氣化技術(shù)生成的粗合成氣中CO干基體積含量通常高達(dá)60%以上，同時水蒸汽體積含量小于20%，粗合成氣具有水蒸汽含量低和CO含量高的顯著特點(diǎn)。
[0003]廢熱鍋爐流程的粉煤加壓氣化技術(shù)用于造氣來配套合成氨、制氫、合成甲醇等裝置時均需配置CO變換工序，通過變換來調(diào)節(jié)合成氣中的氫碳比或?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(qiáng)放熱的高濃度CO變換技術(shù)難題，所以廢熱鍋爐流程的粉煤加壓氣化技術(shù)近年來的推廣和發(fā)展，也極大的推動了我國高濃度CO變換技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)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(xué)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(diǎn)進(jìn)行有針對性的設(shè)計。對于采用廢熱鍋爐流程的粉煤加壓氣技術(shù)生成的粗合成氣，在變換工序進(jìn)行CO變換反應(yīng)時，變換流程設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)是如何有效的控制CO變換反應(yīng)的床層溫度，延長變換催化劑的使用壽命以及降低變換反應(yīng)能耗。
[0005]目前配套于該氣化技術(shù)的變換流程，較普遍的采用了高水氣比的耐硫變換工藝，變換工序均設(shè)置在粗合成氣脫硫之前。采用高水氣比耐硫變換工藝，其流程特點(diǎn)是為了防止預(yù)變爐超溫，在預(yù)變換爐入口一次性添加大量中壓過熱蒸汽，使粗合成氣中的水/干氣摩爾比達(dá)到1.30以上，然后分段進(jìn)行變換反應(yīng)，最終變換氣出口 CO干基體積含量一般不高于 0.4%。
[0006]現(xiàn)有的高水氣比CO變換流程為了抑制變換反應(yīng)的超溫，在粗合成氣進(jìn)入預(yù)變換爐之前配入大量中壓過熱蒸汽，使其水/干氣摩爾比達(dá)到1.3~1.5，但即使這樣，由于粗合成氣中的CO濃度高以及劇烈的放熱反應(yīng)，裝置在運(yùn)行過程中仍然經(jīng)常發(fā)生預(yù)變換爐超溫問題。一旦超溫必造成預(yù)變催化劑活性急劇衰退，催化劑更換頻繁，影響變換裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行；同時由于需要配入較多的中壓過熱蒸汽，導(dǎo)致裝置能耗高運(yùn)行成本大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 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)狀提供一種激冷循環(huán)CO變換工藝，以解決現(xiàn)有CO高水氣比變換工藝變換爐容易超溫、催化劑壽命短、能耗高、設(shè)備投資大等一系列技術(shù)問題。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:該激冷循環(huán)CO變換工藝，其特征在于包括下述步驟:[0009]由粉煤氣化單元送來的溫度155°C~165°C、壓力3.65Mpa (G)~3.75Mpa (G)、水/干氣摩爾比0.18~0.19,CO干基摩爾含量60%~70%的粗合成氣分成兩股；第一股粗合成氣與第二股粗合成氣的體積比為20~30:80~70 ；
[0010]第一股粗合成氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器加熱升溫到225°C~235°C，與利用高壓蒸汽噴射器噴射溫度535°C~540°C、壓力9.0Mpa (G)~11.0Mpa (G)的高壓蒸汽產(chǎn)生動力所吸入的第一股一變變換氣進(jìn)行混合，然后再進(jìn)入氣液混合器與中壓鍋爐給水混合，進(jìn)入1#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入1#變換爐的混合氣溫度為245°C~255°C、CO干基含量42%~46%、水/干氣摩爾比1.2~1.4 ;
[0011]出1#變換爐的一變變換氣溫度為410~420°C，CO干基體積含量4%~6%，水/干氣摩爾比0.6~0.7 ;—變變換氣分成兩股，第一股一變變換氣與第二股一變變換氣的體積比為15~25:85~75 ；
[0012]第二股一變變換氣進(jìn)入氣液混合器與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水和中壓蒸汽進(jìn)行混合，進(jìn)入2#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入2#變換爐的混合氣的溫度為245~255°C、C0干基體積含量40%~45%、水/干氣摩爾比0.45~0.55 ;
[0013]出2#變換爐的二變變換氣溫度為420~430°C，CO干基體積含量為12%~16%，水/干氣摩爾比為0.20~0.25 ;
[0014]二變變換氣進(jìn)入氣液混合器與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水混合后進(jìn)入3#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入3#變換爐的二變變換氣溫度為225°C~235°C、C0干基體積含量為12%~16%、水/干氣摩爾比為0.40~0.50 ; [0015]出3#變換爐的三變變換氣溫度為300°C~320°C、CO干基體積含量為2%~3%、水/干氣摩爾比0.25~0.35 ;三變變換氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器加熱界區(qū)送來的粗合成氣，溫度降低到305°C~315°C，進(jìn)入中壓鍋爐水預(yù)熱器預(yù)熱中壓鍋爐水，溫度進(jìn)一步降低到210°C~220°C后送去下游。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017]1、通過利用蒸汽噴射吸入變換后的低濃度CO進(jìn)行循環(huán)，有效降低了進(jìn)入變換爐的CO濃度，達(dá)到了變換爐操作溫度降低，催化劑運(yùn)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(yùn)行的目的；
[0018]2、在整個變換反應(yīng)過程中，僅有20%~30%的粗合成氣和抽吸回來的部分一變變換氣混合后的水/干氣摩爾比達(dá)到1.1~1.3，但整個變換系統(tǒng)的水氣比始終較低，降低了中壓過熱蒸汽的消耗。
[0019]3、變換過程中的去熱采用了激冷技術(shù)，省去了變換單元段間換熱器以及熱能回收設(shè)備，簡化了工藝流程，節(jié)省了設(shè)備投資。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖實施例和對比例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0022]實施例[0023]將本實施例配套使用在殼牌粉煤氣化造氣生產(chǎn)30萬噸/年合成氨52萬噸/年尿素的典型化肥裝置上。
[0024]如圖1所示，該激冷循環(huán)CO變換工藝包括下述步驟:
[0025]由粉煤氣化單元送來的溫度155°C~165°C、壓力3.65Mpa (G)~3.75Mpa (G)、水/干氣摩爾比0.18~0.19、C0干基摩爾含量60%~70%的粗合成氣首先分成兩股。其中第一股粗合成氣約占總量的20%~30%，通過粗合成預(yù)熱器8加熱升溫到225°C~235°C，與利用高壓蒸汽噴射器I噴射高壓蒸汽產(chǎn)生動力所吸入的15%~25%的第一股一變變換氣進(jìn)行混合，進(jìn)入氣液混合器2與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水混合，對溫度和水氣比進(jìn)行微調(diào)后進(jìn)入1#變換爐3進(jìn)行深度變換反應(yīng)。控制進(jìn)入1#變換爐3的混合氣溫度245°C~255°C，C0干基含量42%~46%，水/干氣摩爾比1.2~1.4。
[0026]出1#變換爐3的一變變換氣溫度為410~420°C，CO干基體積含量4%~6%，水/干氣摩爾比0.6~0.7。一變變換氣分成兩股，其中占總量15%~25%的第一股一變變換氣通過高壓蒸汽噴射器I抽吸返回到1#變換爐3的入口；占總量75%~85%的第二股一變變換氣與占粗合成氣總量70%~80%的第二股粗合成氣混合，稱之為一變混合氣，進(jìn)入氣液混合器4與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水和中壓蒸汽進(jìn)行混合，對溫度和水氣比進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入2#變換爐5進(jìn)行變換反應(yīng)。控制進(jìn)入2#變換爐5的一變混合氣溫度為245~255°C，CO干基體積含量40%~45%，水/干氣摩爾比0.45~0.55。
[0027]出2#變換爐5的二變變換氣溫度為420~430°C，CO干基體積含量為12%~16%，水/干氣摩爾比為0.20~0.25。進(jìn)入氣液混合器6與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水進(jìn)行混合，對溫度和水氣比進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入3#變換爐7進(jìn)行變換反應(yīng)?？刂七M(jìn)入3#變換爐7的二變變換氣溫度為225~235°C，CO干基體積含量為12%~16%，水/干氣摩爾比為0.40~0.50。
[0028]出3#變換爐7的三變變換氣溫度為300°C~320°C，CO干基體積含量為2%~3%，水/干氣摩爾比0.25~0.35。三變變換氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器8加熱界區(qū)送來的粗合成氣，溫度降低到305~315°C，進(jìn)入中壓鍋爐水預(yù)熱器9預(yù)熱中壓鍋爐水，溫度進(jìn)一步降低到210~220°C后送下游。
[0029]對比例
[0030]中石化安慶油改氣項目采用了殼牌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，采用了高水氣比CO變換流程，氣化單元送變換單元的有效氣(H2+C0)大約為85000Nm3/h。將其與上述實施例的主要參數(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果見表1所示。
[0031]表1
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種激冷循環(huán)CO變換工藝，其特征在于包括下述步驟: 由粉煤氣化單元送來的溫度155°c~165°C、壓力3.65Mpa (G)~3.75Mpa (G)、水/干氣摩爾比0.18~0.19,CO干基摩爾含量60%~70%的粗合成氣分成兩股；第一股粗合成氣與第二股粗合成氣的體積比為20~30:80~70 ； 第一股粗合成氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器(8)加熱升溫到225°C~235°C，與利用高壓蒸汽噴射器(I)噴射溫度535°C~540°C、壓力9.0Mpa (G)~11.0Mpa (G)的高壓蒸汽產(chǎn)生動力所吸入的第一股一變變換氣進(jìn)行混合，然后再進(jìn)入氣液混合器(2)與中壓鍋爐給水混合，進(jìn)入1#變換爐(3)進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入1#變換爐(3)的混合氣溫度為245°C~2550C、CO干基含量42%~46%、水/干氣摩爾比1.2~1.4 ; 出1#變換爐(3)的一變變換氣溫度為410~420°C，CO干基體積含量4%~6%，水/干氣摩爾比0.6~0.7 ;—變變換氣分成兩股，第一股一變變換氣與第二股一變變換氣的體積比為15~25:85~75 ； 第二股一變變換氣進(jìn)入氣液混合器(4)與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水和中壓蒸汽進(jìn)行混合，進(jìn)入2#變換爐(5)進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入2#變換爐(5)的混合氣的溫度為245~255°C、CO干基體積含量40%~45%、水/干氣摩爾比0.45~0.55 ; 出2#變換爐(5)的二變變換氣溫度為420~430°C，CO干基體積含量為12%~16%，水/干氣摩爾比為0.20~0.25 ; 二變變換氣進(jìn)入氣液混合器(6)與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水混合后進(jìn)入3#變換爐(7)進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入3#變換爐(7)的二變變換氣溫度為225°C~235°C、CO干基體積含量為12%~16%、水/干氣摩爾比為0.40~0.50 ; 出3#變換爐(7)的三變變換氣溫度為300°C~320°C、C0干基體積含量為2%~3%、水/干氣摩爾比0.25~0.35 ;三變變換氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器(8)加熱界區(qū)送來的粗合成氣，溫度降低到305°C~315°C，進(jìn)入中壓鍋爐水預(yù)熱器(9)預(yù)熱中壓鍋爐水，溫度進(jìn)一步降低到210°C~220°C后送去下游 。
【文檔編號】C01B3/16GK103881766SQ201410110981
【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】鄒杰, 許仁春, 徐潔, 顧懷攀, 張俊, 董清坤 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(tuán)）股份有限公司