CN102442643A

CN102442643A - 低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺

Info

Publication number: CN102442643A
Application number: CN2011102959512A
Authority: CN
Inventors: 马连强; 胡健; 万克西; 鲁晓峰; 陈萍
Original assignee: China Huanqiu Engineering Co Ltd
Current assignee: China Huanqiu Contracting and Engineering Corp; China Huanqiu Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明涉及一种低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺。本发明工艺，一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气一次性混入反应所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成气进入变换炉进行变换反应，沿变换气流向自第一台变换炉进口至最后一台变换炉出口之间的路径上没有设置换热器，其间变换气采用加水的方式降温；所述一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气一次性混入反应所需的水蒸汽后水/气体积比为0.4-1.1。本发明的一氧化碳变换工艺能降低蒸汽消耗且节省投资费用。

Description

低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺

技术领域

本发明涉及一氧化碳变换工艺，特别是涉及合成气中一氧化碳干基体积浓度≥50％的高浓度一氧化碳变换工艺。

背景技术

一氧化碳变换是氨合成气、羰基合成气及制氢等生产过程中的重要净化工艺过程。在一氧化碳变换过程中既清除掉过量的一氧化碳，同时又利用一氧化碳将水转化成所需要的有效气体成分氢气，再通过不同类型的反应过程生产合成氨、甲醇、氢气等化工产品。

一氧化碳变换主要工艺原理是：一氧化碳与水蒸汽在一定的温度、压力和催化剂作用下发生化学反应，化学反应式为：

CO+H₂O＝CO₂+H₂+Q

从化学方程式可以看出，随着反应的进行，系统中的水蒸汽浓度降低，温度升高，为使变换反应进行下去，直至一氧化碳的浓度符合工艺要求，工艺流程的主要任务有二：

1，降低变换气温度，使其维持在合理的范围；

2，补充变换反应消耗的水蒸汽，保证反应进行；

传统的工艺流程采用换热器(主要是废热锅炉)降低变换气的温度，在第一台变换炉前及变换炉之间给变换气补充水蒸汽维持系统中的水蒸汽浓度，并没有将上述两项任务结合起来，导致流程中设置了大量的换热器，流程复杂投资高且水蒸汽消耗也高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更加节能，即蒸汽消耗更低，更加节约投资的一氧化碳变换工艺。

为达上述目的，本发明一种低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺，一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气一次性混入反应所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成气进入变换炉进行变换反应，沿变换气流向，自第一台变换炉进口至最后一台变换炉出口之间的路径上没有设置换热器，其间变换气采用加水的方式降温。

本发明一种低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺，其中一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气先用该工艺系统中来自最后一台变换炉的变换气预热，所述预热在预热器中进行，反应所需的水蒸汽一次性混入所述预热后的合成气中，将水蒸汽混入合成气的过程可在预热器和第一台反应炉之间的管路上进行，也可以直接混合，或者通过静态混合器或者容器混合；然后所述混入水蒸汽的合成气进入第一台变换炉进行变换反应；变换气自第一台变换炉出来后经加水降温再进入第二台变换炉进行变换反应，依次类推，后续各台变换炉中的变换反应均按此程序进行，直至一氧化碳浓度满足工艺要求，变换炉至少设有两台，优选3-5台。加水降温可采用在变换炉之间的管路中直接喷水的方式，也可采用其它加水方式。来自最后一台变换炉的变换气，预热将要进入第一台变换炉的原料合成气后，经热回收降温及循环水冷却后气液分离，得到的一氧化碳浓度满足工艺要求的变换气送至下游工艺装置。上述热回收降温和循环水冷却及气液分离可采用的设备由一系列换热器和气液分离器组成。本发明工艺所用的催化剂是钴钼系一氧化碳耐硫宽温变换催化剂，是本领域常规催化剂。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中所述反应用水蒸汽在第一台变换炉前一次性加入，蒸汽的加入量要确保在第一台变换炉内变换反应放出的热量足够下游加入的水能够全部汽化，蒸汽的加入量也不可太多，否则变换反应放出的热量太多就需要设置换热器给变换气降温，蒸汽的加入量还取决于第一台变换炉的设计温度和其内装催化剂的最高允许工作温度。第一台变换炉内一氧化碳浓度最高，在第一台变换炉前一次性加入所需的反应用水蒸汽，为变换反应提供了足够量的水蒸汽，在反应推动力最大的第一台变换炉内，尽可能降低一氧化碳的浓度，充分利用了合成气中一氧化碳浓度高的特点，降低了后续变换炉中的反应负荷，也为后续变换炉提供了足够的热量。所述变换炉自第二台开始，后续每台变换炉利用上一台变换炉的反应热使加入到变换气中的水汽化，一方面提高了变换气中水蒸汽的浓度，另一方面降低了变换气的温度，有利于反应向生成氢气的方向进行。加水降温措施充分利用了反应热，不需要再次补充水蒸汽，降低了蒸汽消耗，体现了节能的特点；第一台变换炉与最后一台变换炉之间不需要设置换热器，降低了设备投资，简化了工艺操作，体现了节约投资的特点。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中所述一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气是一种以焦炭或煤为原料制造的工业煤气，主要成分是一氧化碳和氢气，一氧化碳干基体积浓度约为50～80％。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中所述变换炉至少为两台，优选为3-5台。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中沿变换气流向自第一台变换炉进口至最后一台变换炉出口之间的路径上，变换炉之间的变换气降温所用的水可以是变换气降温产生的凝液，该凝液可以是经过汽提处理的变换气降温产生的工艺凝液，也可以不经汽提处理直接使用变换气降温产生的工艺凝液，或者使用锅炉水，所述锅炉水是指经过脱盐除氧的高纯度水，为化工领域常用的高纯度水。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中所述混入水蒸汽的合成气进入第一台变换炉入口温度范围为200℃-290℃，但是不得低于工艺气露点温度和催化剂起活温度。进入第一台变换炉的混入水蒸汽的合成气水/气体积比为0.4-1.1，所述水气比是指含水蒸汽的合成气中水蒸汽与干基合成气的体积比，干基合成气即不含水分的合成气。水气比的控制主要是通过流量控制阀控制水蒸汽的加入量，因为原料合成气组成及含水量基本稳定，所以不同的蒸汽加入量，就对应不同的水气比。

本发明所用的催化剂是钴钼系一氧化碳耐硫宽温变换催化剂，是一种本领域通用型催化剂。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中除最后一台变换炉外，每台变换炉的反应热全部用于使加入到变换气中的水汽化，用于补充下一台变换炉反应所需的水蒸汽。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中，来自最后一台变换炉的变换气预热将进入第一台变换炉的原料合成气后，再经热回收降温和循环水冷却后气液分离，气液分离得到的变换气送下游工序。所述热回收可采用副产蒸汽、预热锅炉水、预热脱盐水等方法，得到的液相凝液主要成分是水，含少量H₂S、NH₃、CO₂及微量的CO、H₂、N₂等，该凝液可直接用于变换气降温，也可经汽提处理除去溶入其中的微量组分后再用于变换气降温，所述工艺凝液经过汽提处理，避免了微量组分的循环累计，提高了变换气的纯度，减少了设备腐蚀。

附图说明

图1为本发明低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺的工艺流程示意图。

附图标记说明：1-预热器；2-第一变换炉；3-第二变换炉；4-第三变换炉；5-汽提塔；6-高压泵；7-低压泵。

具体实施方式

以下结合附图、实施例和试验数据，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例

实施背景：合成气产自壳牌煤气化装置，用于年产30万吨合成氨装置，变换催化剂初期，平衡温距20℃。

如图1所示，自壳牌煤气化装置的合成气102854Nm³/h，一氧化碳干基体积浓度为64.5％，首先进入预热器1，在预热器1内利用自第三变换炉4出来的变换气的热量预热到209℃，合成气出预热器1后一次性混入反应所需的压力为42barg的饱和水蒸汽26.5t/h，混合后水气比0.533(合成气用标方/小时，蒸汽用吨/小时计，为本领域惯例)，然后进入第一变换炉2进行变换反应。自第一变换炉2出来的变换气温度475℃，CO干基浓度20.3％(V/V)，喷入经汽提处理的工艺凝液，工艺凝液经高压泵6升压，加入量为25.2t/h，将变换气降温后进入第二变换炉3继续进行变换反应。自第二变换炉3出来的变换气温度为317℃，CO干基浓度4.8％(V/V)，喷入经汽提处理的工艺凝液14.0t/h，将变换气降温后进入第三变换炉4继续进行变换反应。自第三变换炉4出来的变换气温度225℃，CO干基浓度1.0％(V/V)，首先进入预热器1将自壳牌煤气化装置的合成气预热至209℃，然后在换热器中经热回收降温及循环水冷却后在气液分离器中分离出气相和液相。气相的主要成分是氢气和二氧化碳，送去下游装置，液相收集后进入汽提塔5，在汽提塔5内用5barg低压蒸汽汽提，汽提塔5顶部得到的酸性气体送去下游装置处理或送至火炬燃烧处理，汽提塔5底部得到的凝液一部分用高压泵6分别送至第一变换炉2和第二变换炉3之间、第二变换炉3和第三变换炉4之间，和变换气混合，用于对变换气降温并增加变换气的水蒸汽浓度，剩余的工艺凝液用低压泵7送到其他装置再次利用或送至废水处理场进一步处理回收利用。

与传统的高水气比变换工艺和低水气比变换工艺比较结果见下表：

上表中传统的高水气比变换工艺和低水气比变换工艺的数据取值公开发表的文献《高、低水气比变换工艺应用于壳牌气化的分析比较》(《煤化工》2011年第39卷第2期46-49页)。从本表可以看出，本发明提出的变换工艺是一种更加节能，即蒸汽消耗更低，更加节约投资的一氧化碳变换工艺。

在上述实施例中，变换炉设有3台，在其它实施例中，根据需要，变换炉可设为2台、4台、5台或其它数量。

本发明工艺，在其它实施方式中，根据需要，最后一台变换炉的变换气也可不用来预热合成气直接经降温和气液分离处理，得到的凝液加入到变换炉之间的变换气中，用于变换气降温和提高变换气中水蒸汽的浓度，凝液也可不经过汽提处理。

在上述实施例中，合成气中一氧化碳干基体积浓度为64.5％，但不限于此，本发明工艺中可适用于高浓度的一氧化碳变换，一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气都适用，尤其适用以焦炭或煤为原料制造的工业煤气，主要成分是一氧化碳和氢气，一氧化碳干基体积浓度约为50～80％。

在上述实施例中，水气比为0.533，本发明工艺绝不限于此，在其它实施方式中，可根据合成气中一氧化碳干基体积浓度的不同和本工艺最终得到的变换气中对一氧化碳浓度的要求，选择合适的水气比，水/气体积比的范围值优选为0.4-1.1。

本发明工艺，在其它实施方式中，除最后一台变换炉外，每台变换炉的反应热仅用于使加入到变换气中的水汽化，降低了变换气温度的同时，为下一台变换炉补充反应所需的水蒸汽，并且变换炉的反应热还得到了充分的利用，节约了能源降低了能耗，节省了投资费用。

本发明工艺所使用的催化剂为本领域通用或常规的催化剂，优选钴钼系一氧化碳耐硫宽温变换催化剂。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺，其特征在于：一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气一次性混入反应所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成气进入变换炉进行变换反应，沿变换气流向，自第一台变换炉进口至最后一台变换炉出口之间的路径上没有设置换热器，其间变换气采用加水的方式降温。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述变换炉为2-5台。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：沿变换气流向自第一台变换炉进口至最后一台变换炉出口之间的路径上的变换气降温所用的水是变换气降温产生的凝液或锅炉水。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：除最后一台变换炉外，每台变换炉的反应热全部用于使加入到变换气中的水汽化，补充下一台变换炉反应所需的水蒸汽。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气一次性混入反应所需的水蒸汽后水/气体积比为0.4-1.1。