一種循環(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，與第一股一變混合氣混合后進(jìn)入氣液混合器，補(bǔ)入中壓鍋爐給水，進(jìn)入1#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；得到的一變混合氣換熱后分成兩股，第二股一變混合氣換熱后進(jìn)入2#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)，得到的二變混合氣換熱后送下游。本發(fā)明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，較好的解決了變換爐容易超溫以及催化劑容易失活等問題；同時解決了低串中水氣比CO變換技術(shù)操作參數(shù)容易發(fā)生偏移和波動問題，減輕了氣化單元的波動對變換單元的沖擊，變換單元操作彈性優(yōu)良，變換反應(yīng)充分且能耗低。
【專利說明】—種循環(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)行費用低且環(huán)境友好等特點，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。
[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)計的重點和難點是如何有效的控制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]廢熱鍋爐流程粉煤加壓氣化技術(shù)使用初期，變換單元較多的采用了高水氣比變換流程，但在實際運(yùn)行過程中，高水氣比流程逐漸暴露出了能耗高，變換催化劑壽命短和容易超溫等一系列問題，因此，在高水氣比CO變換流程基礎(chǔ)上，近些年又成功開發(fā)出了低串中水氣比CO變換新工藝。
`[0006]現(xiàn)有工藝中，為了解決高濃度CO變換反應(yīng)的超溫和能耗高問題，粗合成氣在進(jìn)入預(yù)變爐之前不添加水蒸汽或添加少量水蒸汽，主要使用粗合成氣自帶的水蒸汽進(jìn)行變換反應(yīng)，同時預(yù)變爐的變換反應(yīng)采用了動力學(xué)控制技術(shù)。動力學(xué)控制技術(shù)需要精確的計算預(yù)變爐內(nèi)催化劑的裝填量，尤其在催化劑使用初期變換反應(yīng)活性很好，裝填量的輕微偏差均會導(dǎo)致預(yù)變爐超溫或變換不夠充分。在變換單元的實際運(yùn)行過程中，氣化單元送來的粗合成氣的氣量、溫度和所含的水蒸汽均會有波動，任何一個參數(shù)的偏移或波動，均會對采用動力學(xué)控制的預(yù)變爐產(chǎn)生影響，預(yù)變爐出口氣體的變換率或溫度均會進(jìn)一步影響后續(xù)變換爐的正常運(yùn)行，以致造成整個變換單元操作工藝參數(shù)的偏移和紊亂。

【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)狀提供一種循環(huán)CO變換工藝，以解決現(xiàn)有低串中水氣比CO變換技術(shù)預(yù)變爐容易超溫或變換不充分，操作參數(shù)容易發(fā)生偏移和波動等問題，同時解決高水氣比CO變換工藝變換爐超溫所導(dǎo)致的催化劑容易失活和能耗偏高等一系列技術(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飽和了水蒸汽的粗合成氣溫度為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%,進(jìn)入氣液分離器分離出液體后進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器預(yù)熱至220°C~225°C，進(jìn)入脫毒槽脫除粗合成氣中的雜質(zhì)和重金屬；
[0010]出脫毒槽的粗合成氣與利用高壓蒸汽噴射器噴射高壓蒸汽產(chǎn)生動力所吸入的第一股一變混合氣混合后進(jìn)入氣液混合器，與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水進(jìn)行混合，然后進(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干基含量45%~50%、水/干氣摩爾比0.95~1.15 ;
[0011]出1#變換爐的一變混合氣溫度為430 V~450 V，CO干基體積含量5%~7%，水/干氣摩爾比0.45~0.55 ;
[0012]一變混合氣進(jìn)入中壓蒸汽過熱器過熱由中壓廢鍋送來的中壓飽和蒸汽；一變混合氣的溫度降至410°C~415°C ;然后進(jìn)入中壓廢鍋產(chǎn)出溫度為250°C、壓力為4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，一變混合氣溫度進(jìn)一步降低到260°C~270°C，中壓飽和蒸汽經(jīng)中壓蒸汽過熱器過熱至400°C后送出界區(qū)；
[0013]出中壓廢鍋的一變混合氣被分成兩股，其中占總體積15%~20%的第一股一變混合氣經(jīng)高壓蒸汽噴射器抽吸返回1#變換爐入口 ；剩余的第二股一變混合氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器與粗合成氣換熱，溫度進(jìn)一步降低到225°C~235°C后進(jìn)入2#變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)，出2#變換爐的二變混合氣溫度為260°C~270°C、CO干基體積含量為0.8%~1.5% ；
`[0014]二變混合氣隨后進(jìn)入鍋爐給水換熱器，將界區(qū)來的130°C中壓鍋爐給水預(yù)熱至230°C，預(yù)熱后的中壓鍋爐給水送至中壓廢鍋產(chǎn)出中壓蒸汽，二變混合氣溫度降至210°C~220°C后送下游。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0016]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，較好的解決了變換爐容易超溫以及催化劑容易失活等問題。
[0017]2、在整個變換反應(yīng)過程中，變換爐全部采用熱力學(xué)平衡進(jìn)行控制，解決了中水氣比CO變換技術(shù)操作參數(shù)容易發(fā)生偏移和波動問題，減輕了氣化單元的波動對變換單元的沖擊，變換單元操作彈性優(yōu)良，變換反應(yīng)充分且能耗低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖實施例、對比例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0020]實施例
[0021]本實施例中的循環(huán)CO變換工藝是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中。[0022]如圖1所示，該循環(huán)CO變換工藝包括下述步驟:
[0023]由粉煤氣化單元送來的飽和了水蒸汽的粗合成氣溫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%，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(jìn)入變換爐之前需要將其中的凝液分離出來，因此，本實例先將粗合成氣送入氣液分離器1，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8預(yù)熱至220°C~225°C，進(jìn)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的粗合成氣稱為新鮮粗合成氣。
[0024]新鮮粗合成氣與利用高壓蒸汽噴射器3噴射高壓蒸汽產(chǎn)生動力所吸入的15~25v%的第一股一變混合氣進(jìn)行混合，然后進(jìn)入氣液混合器4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)行微調(diào)。控制進(jìn)入1#變換爐5的混合氣溫度245°C~255°C，CO干基含量45%~50%，水/干氣摩爾比0.95~1.15，進(jìn)入1#變換爐5進(jìn)行深度變換反應(yīng)。
[0025]經(jīng)過1#變換爐5深度變換反應(yīng)后，出1#變換爐5的一變混合氣溫度為430°C~450 0C，CO干基體積含量5%~7%，水/干氣摩爾比0.45~0.55。
[0026]一變混合氣進(jìn)入中壓蒸汽過熱器6過熱中壓廢鍋7產(chǎn)生的中壓飽和蒸汽，一變混合氣的溫度降至410°C~415°C，進(jìn)入中壓廢鍋7產(chǎn)出溫度250°C，壓力4.0Mpa (G)的中壓飽和蒸汽，一變混合氣溫度進(jìn)一步降低到~265°C，同時產(chǎn)出的中壓飽和蒸汽經(jīng)中壓蒸汽過熱器6過熱至400°C后送出界區(qū)。
[0027]出中壓廢鍋7的一變混合氣被分兩股，其中總體積15~20%的第一股一變混合氣經(jīng)高壓蒸汽噴射器3抽吸返回1#變換爐5入口。剩余的占總體積80~85%的第二股一變混合氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器8與入口粗合成氣換熱，溫度進(jìn)一步降低到~230°C后進(jìn)入2#變換爐9進(jìn)行變換反應(yīng)，出2#變換爐9的二變混合氣溫度260°C~270°C，CO干基體積含量為0.8%~1.5%ο
[0028]二變混合氣隨后進(jìn)入鍋爐給水換熱器10，將界區(qū)來的4.1Mpa, 130°C的中壓鍋爐給水預(yù)熱至230°C，預(yù)熱后的中壓鍋爐給水送至中壓廢鍋7產(chǎn)出中壓蒸汽，二變混合氣溫度降至210°C~220°C后送下游。
[0029]對比例
[0030]中石化岳陽煤代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，采用了低串中水氣比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飽和了水蒸汽的粗合成氣溫度為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%，進(jìn)入氣液分離器(1)分離出液體后進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器(8)預(yù)熱至220°C~225°C，進(jìn)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)的粗合成氣與利用高壓蒸汽噴射器(3)噴射高壓蒸汽產(chǎn)生動力所吸入的第一股一變混合氣混合后進(jìn)入氣液混合器(4)，與補(bǔ)入的中壓鍋爐給水進(jìn)行混合，然后進(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干基含量45%~50%、水/干氣摩爾比0.95~1.15 ; 出1#變換爐(5)的一變混合氣溫度為430°C~450°C，CO干基體積含量5%~7%，水/干氣摩爾比0.45~0.55 ; 一變混合氣進(jìn)入中壓蒸汽過熱器(6)過熱由中壓廢鍋(J)送來的中壓飽和蒸汽；一變混合氣的溫度降至410°C~415°C ;然后進(jìn)入中壓廢鍋(7)產(chǎn)出溫度為250°C、壓力為.4.0Mpa(G)的中壓飽和蒸汽，一變混合氣溫度進(jìn)一步降低到260°C~270°C，中壓飽和蒸汽經(jīng)中壓蒸汽過熱器(6)過熱至400°C后送出界區(qū)； 出中壓廢鍋(7)的一變混合氣被分成兩股，其中占總體積15%~20%的第一股一變混合氣經(jīng)高壓蒸汽噴射器(3)抽吸返回1#變換爐(5)入口 ；剩余的第二股一變混合氣進(jìn)入粗合成氣預(yù)熱器(8)與粗合成氣換熱，溫度進(jìn)一步降低到225°C~235°C后進(jìn)入2#變換爐(9)進(jìn)行變換反應(yīng)，出2#變換爐(9)的二變混合氣溫度為260°C~270°C、CO干基體積含量為.0.8% ~1.5% ； 二變混合氣隨后進(jìn)入鍋爐給水換熱器(10)，將界區(qū)來的130°C中壓鍋爐給水預(yù)熱至230°C，預(yù)熱后的中壓鍋爐給水送至中壓廢鍋(7)產(chǎn)出中壓蒸汽，二變混合氣溫度降至210°C~220°C后送下游。
【文檔編號】C10K3/04GK103881768SQ201410111812
【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, 繆瀅, 胡俊生, 廖貴華, 董清坤, 周曉光, 龐鑫健 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