CN101050390B - 一种与粉煤气化配套的co变换工艺 - Google Patents

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Abstract

一种与粉煤气化配套的CO变换工艺，包括以下流程：从粉煤气化来的粗合成气进入气液分离器，分离器顶部的工艺气与来自界区外中压过热蒸汽、本工艺中压废锅副产的中压蒸汽及汽提后的少量工艺冷凝液混合后进入预变换炉，控制温升限制在；离开预变换炉的变换气进入1号变换炉进行深度CO变换反应，离开1号变换炉的高温中变气进入中压废锅用自身工艺冷凝液发生4.0MPa蒸汽，中压蒸汽全部进入新鲜变换气中循环使用，然后经工艺冷凝液淬冷增湿，进入2号变换炉继续进行变换反应，2号变换炉出口变换气经锅炉水预热器换热冷却后，进入3号变换炉，反应完成后回收余热至≤40℃后送至下游工序。其优点在于：1、一氧化碳浓度由60～65％(mol)降至≤0.4％(mol)。2、增设预变换炉，预防催化剂中毒。3、降低了变换***的压力降，保证进入合成气压缩机入口压力的要求。

Description

一种与粉煤气化配套的CO变换工艺
技术领域
本发明涉及一种CO变换工艺，特别涉及一种与粉煤气化配套的CO变换工艺。
背景技术
CO变换工艺广泛应用在合成氨装置和制氢装置上，属于净化工艺的一个主要部分，其工艺位置设置在气化或转化工序之后，根据选用的催化剂是否耐硫，分为耐硫变换和非耐硫变换两种工艺；按照催化剂的使用温度，分为中温变换和低温变换。不同的变换工艺主要体现在变换反应段数、反应温度、热量回收方式三方面的变化，这主要取决于变换催化剂的性能，工业生产采用的制气原料、制气工艺、后续净化工艺等因素。
耐硫变换工艺主要用于以渣油和煤为原料制取合成气的合成氨厂，净化工艺流程组合为CO变换—脱硫—脱碳；非耐硫变换工艺主要用于以石脑油和天然气为原料的合成氨装置中，也用于渣油和煤为原料的合成氨装置中。用于以石脑油和天然气为原料的合成氨装置中净化流程组合为变换—脱碳。用于渣油和煤为原料的合成氨装置中，净化流程组合为脱硫—变换—脱碳。
现有的能处理CO含量较高的变换工艺当属水煤浆气化的变换工艺，其流程见图1，处理的粗合成气规模相当于1000吨/日合成氨的原料气，采用两段耐硫中变，粗合成气中CO含量由～50％(mol)降至1.5％(mol)，其进入一段变换炉的CO含量比壳牌粉煤气化出来的粗合成气中一氧化碳含量要低10多个百分点，变换出口的CO含量比本发明要高出1％以上，反应条件较为温和。其流程设置为：粗合成气进入1#变换炉(2)，变换后的气体依次进入中压蒸汽过热器(3)、入口/出口气气换热器(1)、中压废锅(4)回收热量，在2#变换炉(5)出口设置了锅炉水加热器(6)、低压废锅(8)、脱盐水预热器(10)等一系列换热器，使变换气温度降低至110℃左右，各段变换气分液后(7)(9)，经最终水冷器(11)冷却至40℃，工艺气送至下游工序。
但上述CO变换工艺只能用于以下条件：
1、粗煤气中CO浓度小于60％(V干基)。
2、***压降能够在一定范围内变化。
由Shell公司开发的粉煤气化工艺是近年来推出的煤气化洁净新技术，煤气转换率高，经济效益好，但至今却仅限于燃气-蒸汽联合循环发电装置中配合使用。其粗合成气具有如下特点：
1、粗合成气量大，相当于生产1500吨/日合成氨的气量；
2、CO和H2S含量高，粗煤气中CO浓度高达61.71％(V干基)，H2S含量达1.20％(V干基)；
3、***压降恒定，由于上游气化压力已经确定，下游合成气压缩机(原有)的入口压力已被限死，整个净化工艺的压力降完全被固定。
因此，目前的CO变换工艺已完全不能与其配套，急需研制一种与Shell公司开发的粉煤气化配套的CO变换工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷而提供一种与粉煤气化配套的CO变换工艺，使其能用于CO浓度高、后续压力降确定的粉煤气化的条件中。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种与粉煤气化配套的CO变换工艺，包括以下流程：从粉煤气化来的粗合成气进入气液分离器，分离出的工艺冷凝液外排到污水处理，分离器顶部的工艺气与来自界区外中压过热蒸汽、本工艺中压废锅副产的中压蒸汽及汽提后的少量工艺冷凝液混合后进入预变换炉，控制温升限制在<30℃范围内；离开预变换炉的变换气进入1#变换炉进行深度CO变换反应，离开1#变换炉的高温中变气进入中压废锅用自身工艺冷凝液发生4.0MPa蒸汽，中压蒸汽全部进入新鲜变换气中循环使用，然后经工艺冷凝液淬冷增湿，进入2#变换炉继续进行变换反应，2#变换炉出口变换气经锅炉水预热器换热冷却后，进入3#变换炉，反应完成后出口气体回收余热至≤40℃后送至下游工序。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、提高了变换装置的处理能力。
2、采用一段预变换、两段耐硫中变、一段耐硫变换工艺流程，延长了催化剂的使用寿命，有效解决了反应速度与反应平衡问题，在保证反应流程短***压降小的前提下，保证粗合成气经变换后的一氧化碳浓度由60～65％(mol)降至≤0.4％(mol)。
3、增设预变换炉，内部装添廉价催化剂保护剂预变换、除灰，防止一段炉进灰结焦，防止粗合成气中微量重金属组份对CO变换催化剂的影响，预防催化剂中毒。
4、采用轴径向反应器装填小颗粒催化剂，轴向炉内装填大颗粒催化剂，降低了变换***的压力降，增大反应推动力，保证进入合成气压缩机入口压力的要求。
5、冷凝液经自产低压蒸汽汽提后部分进入中压废锅付产中压蒸汽循环利用，部分送至气化装置回收利用。
采用上述发明完全可以配套Shell公司的粉煤气化技术，应用于现有氮肥厂的″煤代油″改扩建工程，具有技术、经济、资金等多方面的综合优势。
附图说明
图1为现有CO变换工艺的流程图。
图2为本发明的CO变换工艺的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图2所示，一种与粉煤气化配套的CO变换工艺，其流程包括：从粉煤气化来的粗合成气1进入气液分离器2，分离出的工艺冷凝液外排到污水处理，分离器顶部的工艺气与来自界区外中压过热蒸汽、本流程中压废锅副产的中压蒸汽及汽提后的少量工艺冷凝液混合后进入预变换炉3，一方面阻挡煤粉尘、炭黑等固体杂质，吸附AS、Cl-等对催化剂有毒害作用的组分，保护耐硫变换催化剂；另一方面进行适度变换反应，控制温升限制在<30℃范围内；离开预变换炉3的变换气进入1#变换炉4进行深度CO变换反应，出口气中CO含量降至≤0.4％，离开1#变换炉的高温中变气进入中压废锅5副产中压蒸汽，然后经工艺冷凝液淬冷增湿，进入2#变换炉6继续进行就换反应，使CO含量进一步降低，2#变换炉出口变换气经锅炉水预热器7换热冷却后，进入3#变换炉8，反应完成后出口气体中CO含量降为0.40％(V)，回收余热经水冷器降至≤40℃后送至下游工序。
上述工艺中设置了气液分离器2，用以除去粗合成气中液体，固体物质，以改善粗合成气的质量，减少对其可能夹带的液体、固体、毒物等对后续工序影响。
上述工艺根据催化剂的特征和各段反应出口CO浓度安排及最终CO浓度的要求，变换原料气1的汽/气比选为1.3～1.5。
为了有效降低***阻力，增大变换转化率，相对减少催化剂的装填量，减小反应器的尺寸，减少装置改造投资，1#变换炉4、2#变换炉6采用轴径向变换炉，装添小颗粒催化剂，提高了催化剂内扩散效率因子、反应活性和催化剂的强度，增大变换转化率。
上述工艺中增设了预变换炉3，炉内装填有一定数量活性组分较低的耐硫催化剂保护剂，防止粗合成气中微量重金属组份对CO变换催化剂的影响，预防催化剂中毒，其入口温度控制在240～280℃。
上述三段变换，一段变换入口温度控制在240～280℃，二段变换入口温度控制在230～260℃，三段变换入口温度控制在210～230℃。
上述中压废锅能够回收高品质热量，用自身工艺冷凝液发生4.0MPa蒸汽，全部进入新鲜变换气中循环使用，参与变换反应。
为了防止CO穿透，确保甲烷化安全操作，采用了轴径向和轴向反应器结合使用的组合形式，轴向炉内装填大颗粒催化剂，进一步降低压降，确保进入合成回路的合成气压力≥26.5kgf/cm2。
SHELL粉煤气化工艺提供的粗合成气60℃、3.7MPa粗合成气，CO含量60～65％mol，经上述工艺变换后CO含量降至≤0.4％。

Claims (1)

1.一种与粉煤气化配套的CO变换工艺，其特征在于：包括以下流程：从粉煤气化来的粗合成气(1)进入气液分离器(2)，分离出的工艺冷凝液外排到污水处理，分离器顶部的工艺气与来自界区外中压过热蒸汽、本工艺中压废锅副产的中压蒸汽及汽提后的少量工艺冷凝液混合后进入预变换炉(3)，控制温升限制在＜30℃范围内；离开预变换炉(3)的变换气进入1#变换炉(4)进行深度CO变换反应，离开1#变换炉的高温中变气进入中压废锅(5)用自身工艺冷凝液发生4.0MPa蒸汽，中压蒸汽全部进入新鲜变换气中循环使用，然后经工艺冷凝液淬冷增湿，进入2#变换炉(6)继续进行变换反应，2#变换炉出口变换气经锅炉水预热器(7)换热冷却后，进入3#变换炉(8)，反应完成后出口气体回收余热至≤40℃后送至下游工序，变换原料气(1)的汽/气比为1.3～1.5，所述的1#变换炉(4)入口温度控制在240～280℃，2#变换炉入口温度控制在230～260℃，3#变换炉(8)入口温度控制在210～230℃，所述的1#变换炉(4)、2#变换炉(6)采用轴径向变换炉，装添小颗粒催化剂。
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