一種飽和塔循環(huán)co變換工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及到一種飽和塔循環(huán)CO變換工藝，其包括下述步驟：由粉煤氣化單元送來(lái)的粗合成氣分成兩股，第一股粗合成氣在飽和塔內(nèi)增濕提溫后與高壓蒸汽和第一股一次變換氣混合，再補(bǔ)入中壓鍋爐水后進(jìn)入1#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；得到的一次變換氣換熱后分成兩股，第二股一次變換氣與第一股粗合成氣混合，得到一變混合氣混合并補(bǔ)入中壓蒸汽后進(jìn)入2#變換爐繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；二次變換氣換熱后進(jìn)入3#變換爐反應(yīng)。本發(fā)明的粗合成氣和一次變換氣分股操作，有效降低了進(jìn)入變換爐的CO濃度，變換爐操作溫度低，催化劑運(yùn)行環(huán)境溫和，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命和裝置運(yùn)行周期；同時(shí)節(jié)約了蒸汽用量，節(jié)能降耗效果顯著。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種飽和塔循環(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，具體指一種飽和塔循環(huán)CO變換工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)我國(guó)煤氣化技術(shù)取得了長(zhǎng)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(duì)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(guó)內(nèi)越來(lái)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(shí)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(lái)配套合成氨、制氫、合成甲醇等裝置時(shí)均需配置CO變換工序，通過(guò)變換來(lái)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(lái)的推廣和發(fā)展，也極大的推動(dòng)了我國(guó)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(shí)放出大量反應(yīng)熱。對(duì)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(guò)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(duì)性的設(shè)計(jì)。對(duì)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(shí)，變換流程設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)程中仍然經(jīng)常發(fā)生預(yù)變換爐超溫問(wèn)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(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)由于需要配入較多的中壓過(guò)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(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種飽和塔循環(huán)CO變換工藝，以解決現(xiàn)有高水氣比CO變換工藝變換爐容易超溫、催化劑壽命短、能耗高等一系列技術(shù)問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:該飽和塔循環(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(lái)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干基體積含量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70~80:30~20 ；
[0010]第一股粗合成氣從飽和塔的側(cè)壁下部進(jìn)入飽和塔，與從上部進(jìn)入的熱水塔底部送來(lái)的溫度為205°c~215°C的工藝循環(huán)水逆流接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)；工藝循環(huán)水溫度降低到160°C~170°C從飽和塔底部送出，經(jīng)飽和塔底泵加壓后送到熱水塔進(jìn)行循環(huán)加熱，同時(shí)抽出工藝循環(huán)水總量的3%~8%去后系統(tǒng)進(jìn)行汽提，防止有害物質(zhì)在工藝循環(huán)水系統(tǒng)累積；
[0011]第一股粗合成氣在飽和塔內(nèi)增濕的同時(shí)被提溫，溫度達(dá)到195°C~205°C，水/干氣摩爾比達(dá)到0.80~0.90，增濕提溫后的第一股粗合成氣從飽和塔頂部送出；
[0012]第二股粗合成氣與利用高壓蒸汽噴射器噴射溫度535°C~540°C、壓力9.0Mpa(G)~ll.0Mpa (G)的高壓蒸汽產(chǎn)生動(dòng)力所吸入的第一股一次變換氣進(jìn)行混合，然后進(jìn)入氣液混合器補(bǔ)入中壓鍋爐水后進(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245°C~255°C、CO干基體積含量45%~50%、水/干氣摩爾比1.1~1.3 ;
[0013]出1#變換爐的一次變換氣溫度為420°C~430°C，CO干基體積含量6.8%~7.8%，水/干氣摩爾比0.55~0.65,一次變換氣進(jìn)入第一預(yù)熱器加熱工藝循環(huán)水，同時(shí)一次變換氣溫度降至370°C~380°C ；
[0014]出第一預(yù)熱器的一次變換氣分成兩股，第一股一次變換氣與第二股一次變換氣的流量比為15~20:80~85 ;其中第一股一次變換氣通過(guò)高壓蒸汽噴射器抽吸返回到1#變換爐的入口 ；第二股一次變換氣與出飽和塔的增濕提溫后的第一股粗合成氣混合，得到一變混合氣；混合后的一變混合氣溫度250°C~260°C，CO干基體積含量40%~45%，水/干氣摩爾比0.70~0.80，補(bǔ)入中壓蒸汽后進(jìn)入2#變換爐繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入2#變換爐的一變混合氣溫度為245°C~255°C，水/干氣摩爾比0.80~0.90 ;
[0015]出2#變換爐的二次變換氣溫度為430°C~440°C、C0干基體積含量6.0%~7.0%、水/干氣摩爾比為0.35~0.45 ;
[0016]二次變換氣進(jìn)入中壓廢鍋產(chǎn)出溫度250°C、壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽；二次變換氣溫度降至340°C~350°C，進(jìn)入第二預(yù)熱器加熱工藝循環(huán)水，二次變換氣溫度進(jìn)一步降低至225°C~235°C，進(jìn)入3#變換爐繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；
[0017]出3#變換爐的三次變換氣溫度為265°C~275°C、C0干基體積含量為1%~1.5%、水/干氣摩爾比0.35~0.45 ;
[0018]三次變換氣進(jìn)入第三預(yù)熱器加熱工藝循環(huán)水；三次變換氣溫度降至170°C~180°C從下部進(jìn)入熱水塔，與來(lái)自飽和塔的從中部進(jìn)入的工藝循環(huán)水逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，然后在熱水塔的上部與來(lái)自后系統(tǒng)的凈化工藝?yán)淠阂约把a(bǔ)入的中壓鍋爐水進(jìn)行逆流傳質(zhì)傳熱，凈化工藝?yán)淠汉椭袎哄仩t水質(zhì)量之比為1:1~1:2，三次變換氣溫度逐漸降低至160~170°C，從熱水塔頂部送去下游回收余熱；從熱水塔底部送出的工藝循環(huán)水溫度升至165°C~175°C，經(jīng)熱水塔底泵加壓并依次經(jīng)第三預(yù)熱器、第二預(yù)熱器和第一預(yù)熱器逐級(jí)換熱至205 °C~215 °C后送飽和塔。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]1、使用飽和塔對(duì)粗合成氣進(jìn)行增溫增濕，可節(jié)省大量中壓過(guò)熱蒸汽，顯著的降低了變換單元的蒸汽消耗；[0021]2、通過(guò)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(zhǎng)，變換單元穩(wěn)定運(yùn)行周期長(zhǎng)；
[0022]3、在整個(gè)變換反應(yīng)過(guò)程中，僅有25%~35%的粗合成氣和部分循環(huán)回來(lái)的一次變換氣混合后的水/干氣摩爾比達(dá)到1.1~1.3，但整個(gè)變換系統(tǒng)的水氣比始終較低，降低了中壓過(guò)熱蒸汽的消耗。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖實(shí)施例、對(duì)比例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0025]實(shí)施例
[0026]將本實(shí)施例配套 使用在殼牌粉煤氣化造氣生產(chǎn)30萬(wàn)噸/年合成氨52萬(wàn)噸/年尿素的典型化肥裝置上。
[0027]如圖1所示，該飽和塔循環(huán)CO變換工藝包括下述步驟:
[0028]由粉煤氣化單元送來(lái)的溫度155°C~165°C、壓力3.65Mpa (G)~3.75Mpa (G)、水/干氣摩爾比0.18~0.19X0干基體積含量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70~80:30~20 ；
[0029]第一股粗合成氣從飽和塔的側(cè)壁下部進(jìn)入飽和塔1，與從上部進(jìn)入的熱水塔12底部送來(lái)的溫度為205°C~215°C的工藝循環(huán)水逆流接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)；工藝循環(huán)水溫度降低到160°C~170°C從飽和塔I底部送出，經(jīng)飽和塔底泵2加壓后送到熱水塔12進(jìn)行循環(huán)加熱，同時(shí)抽出工藝循環(huán)水總量的3%~8%去后系統(tǒng)進(jìn)行汽提，防止有害物質(zhì)在工藝循環(huán)水系統(tǒng)累積；
[0030]第一股粗合成氣在飽和塔I內(nèi)增濕的同時(shí)被提溫，溫度達(dá)到195°C~205°C，水/干氣摩爾比達(dá)到0.80~0.90，增濕提溫后的第一股粗合成氣從飽和塔I頂部送出；
[0031]第二股粗合成氣與利用高壓蒸汽噴射器3噴射溫度535°C~540°C、壓力9.0Mpa(G)~ll.0Mpa (G)的高壓蒸汽產(chǎn)生動(dòng)力所吸入的第一股一次變換氣進(jìn)行混合，然后進(jìn)入氣液混合器4補(bǔ)入中壓鍋爐水后進(jìn)入1#變換爐5進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入1#變換爐5的混合氣溫度245°C~255°C、CO干基體積含量45%~50%、水/干氣摩爾比1.1~1.3 ;
[0032]出1#變換爐5的一次變換氣溫度為420°C~430°C，CO干基體積含量6.8%~7.8%，水/干氣摩爾比0.55~0.65,一次變換氣進(jìn)入第一預(yù)熱器6加熱工藝循環(huán)水，同時(shí)一次變換氣溫度降至370°C~380°C ；
[0033]出第一預(yù)熱器6的一次變換氣分成兩股，第一股一次變換氣與第二股一次變換氣的流量比為15~20:80~85 ;其中第一股一次變換氣通過(guò)高壓蒸汽噴射器3抽吸返回到1#變換爐5的入口 ；第二股一次變換氣與出飽和塔I的增濕提溫后的第一股粗合成氣混合，得到一變混合氣；混合后的一變混合氣溫度250°C~260°C，CO干基體積含量40%~45%，水/干氣摩爾比0.70~0.80，補(bǔ)入中壓蒸汽后進(jìn)入2#變換爐7繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入2#變換爐7的一變混合氣溫度為245°C~255°C，水/干氣摩爾比0.80~0.90 ;[0034]出2#變換爐7的二次變換氣溫度為430°C~440°C、CO干基體積含量6.0%~
7.0%、水/干氣摩爾比為0.35~0.45 ;
[0035]二次變換氣進(jìn)入中壓廢鍋8產(chǎn)出溫度250°C、壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽；二次變換氣溫度降至340°C~350°C，進(jìn)入第二預(yù)熱器9加熱工藝循環(huán)水，二次變換氣溫度進(jìn)一步降低至225°C~235°C，進(jìn)入3#變換爐10繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；
[0036]出3#變換爐10的三次變換氣溫度為265°C~275°C、CO干基體積含量為1%~1.5%、水/干氣摩爾比0.35~0.45 ;
[0037]三次變換氣進(jìn)入第三預(yù)熱器11加熱工藝循環(huán)水；三次變換氣溫度降至170°C~180°C從下部進(jìn)入熱水塔12，與來(lái)自飽和塔I的從中部進(jìn)入的工藝循環(huán)水逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，然后在熱水塔12的上部與來(lái)自后系統(tǒng)的凈化工藝?yán)淠阂约把a(bǔ)入的中壓鍋爐水進(jìn)行逆流傳質(zhì)傳熱，凈化工藝?yán)淠汉椭袎哄仩t水質(zhì)量之比為1:1~1:2，三次變換氣溫度逐漸降低至160~170°C，從熱水塔12頂部送去下游回收余熱；從熱水塔12底部送出的工藝循環(huán)水溫度升至165°C~175°C，經(jīng)熱水塔底泵13加壓并依次經(jīng)第三預(yù)熱器11、第二預(yù)熱器9和第一預(yù)熱器6逐級(jí)換熱至205°C~215°C后送飽和塔I。
[0038]對(duì)比例
[0039]中石化安慶油改氣項(xiàng)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(wàn)噸/年合成氨52萬(wàn)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(shí)施例的主要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1所示。
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種飽和塔循環(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(lái)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干基體積含量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70~80:30~20 ； 第一股粗合成氣從飽和塔的側(cè)壁下部進(jìn)入飽和塔(I)，與從上部進(jìn)入的熱水塔(12)底部送來(lái)的溫度為205°C~215°C的工藝循環(huán)水逆流接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)；工藝循環(huán)水溫度降低到160°C~170°C從飽和塔(I)底部送出，經(jīng)飽和塔底泵⑵加壓后送到熱水塔(12)進(jìn)行循環(huán)加熱，同時(shí)抽出工藝循環(huán)水總量的3%~8%去后系統(tǒng)進(jìn)行汽提，防止有害物質(zhì)在工藝循環(huán)水系統(tǒng)累積； 第一股粗合成氣在飽和塔(I)內(nèi)增濕的同時(shí)被提溫，溫度達(dá)到195°C~205°C，水/干氣摩爾比達(dá)到0.80~0.90，增濕提溫后的第一股粗合成氣從飽和塔(I)頂部送出； 第二股粗合成氣與利用高壓蒸汽噴射器(3)噴射溫度535°C~540°C、壓力9.0Mpa(G)~ll.0Mpa (G)的高壓蒸汽產(chǎn)生動(dòng)力所吸入的第一股一次變換氣進(jìn)行混合，然后進(jìn)入氣液混合器(4)補(bǔ)入中壓鍋爐水后進(jìn)入1#變換爐(5)進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入1#變換爐(5)的混合氣溫度245°C~255°C、CO干基體積含量45%~50%、水/干氣摩爾比1.1~1.3 ; 出1#變換爐(5)的一次變換氣溫度為420°C~430°C，CO干基體積含量6.8%~7.8%，水/干氣摩爾比0.55~0.65,一次變換氣進(jìn)入第一預(yù)熱器(6)加熱工藝循環(huán)水，同時(shí)一次變換氣溫度降至370°C~380°C ； 出第一預(yù)熱器(6)的一次變換氣分成兩股，第一股一次變換氣與第二股一次變換氣的流量比為15~20:80~85 ;其中第一股一次變換氣通過(guò)高壓蒸汽噴射器(3)抽吸返回到，1#變換爐(5)的入口 ；第二股一 次變換氣與出飽和塔(I)的增濕提溫后的第一股粗合成氣混合，得到一變混合氣；混合后 的一變混合氣溫度250°C~260°C，CO干基體積含量40%~，45%，水/干氣摩爾比0.70~0.80，補(bǔ)入中壓蒸汽后進(jìn)入2#變換爐(7)繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；控制進(jìn)入2#變換爐(7)的一變混合氣溫度為245°C~255°C，水/干氣摩爾比0.80~，0.90 ； 出2#變換爐(7)的二次變換氣溫度為430°C~440°C、CO干基體積含量6.0%~7.0%、水/干氣摩爾比為0.35~0.45 ; 二次變換氣進(jìn)入中壓廢鍋(8)產(chǎn)出溫度250°C、壓力4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽；二次變換氣溫度降至340°C~350°C，進(jìn)入第二預(yù)熱器(9)加熱工藝循環(huán)水，二次變換氣溫度進(jìn)一步降低至225°C~235°C，進(jìn)入3#變換爐(10)繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)； 出3#變換爐(10)的三次變換氣溫度為265°C~275°C、CO干基體積含量為1%~1.5%、水/干氣摩爾比0.35~0.45 ; 三次變換氣進(jìn)入第三預(yù)熱器(11)加熱工藝循環(huán)水；三次變換氣溫度降至170°C~，180°C從下部進(jìn)入熱水塔(12)，與來(lái)自飽和塔(I)的從中部進(jìn)入的工藝循環(huán)水逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，然后在熱水塔(12)的上部與來(lái)自后系統(tǒng)的凈化工藝?yán)淠阂约把a(bǔ)入的中壓鍋爐水進(jìn)行逆流傳質(zhì)傳熱，凈化工藝?yán)淠汉椭袎哄仩t水質(zhì)量之比為1:1~1:2，三次變換氣溫度逐漸降低至165°C，從熱水塔(12)頂部送去下游回收余熱；從熱水塔(12)底部送出的工藝循環(huán)水溫度升至165°C~175°C，經(jīng)熱水塔底泵(13)加壓并依次經(jīng)第三預(yù)熱器(11)、第二預(yù)熱器(9)和第一預(yù)熱器(6)逐級(jí)換熱至205°C~215°C后送飽和塔(I)。
【文檔編號(hào)】C10K3/04GK103881767SQ201410111811
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】施程亮, 許仁春, 程雄志, 曹立群, 張俊, 方嘯, 楊玉才 申請(qǐng)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