CN102992264A - 一氧化碳部分变换系统及其工艺控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一氧化碳部分变换系统及其工艺控制方法，其系统包括变换气液分离器、两个并列连接的预变换炉、变换炉、净化气加热器和原料气加热器，其还包括有辅助原料气加热器。一氧化碳部分变换工艺控制方法，由如下步骤进行操作：(1)变换气液分离器分离出的原料气分流；(2)预变换炉内除碳灰；(3)原料气分流换热完成一氧化碳部分变换；(4)混合后气体分流。本发明的优点在于，原料气加热器需要检修时，可以在线完成，不影响装置的连续运行；在变换触媒运行后期，通过辅助原料气加热器，可提高变换炉入口气温度，实现了装置的长周期稳定运行等。

Description

一氧化碳部分变换系统及其工艺控制方法
技术领域：
本发明涉及一种一氧化碳变换系统及其工艺控制方法，特别是涉及一种一氧化碳部分变换系统及其工艺控制方法。
背景技术：
一氧化碳变换工艺是在催化剂的作用下，且在一定的温度(高于催化剂的起始活性温度)条件下，CO和水蒸汽发生反应，将CO转化为氢气和二氧化碳。其功能在于为后系统提供满足工艺要求的H2/CO比值。
一氧化碳变换装置的主要任务就是将CO部分转化为H2，以满足后系统要求的氢碳比，由于粗合成气中的H2/CO的比值较高，为有效控制出一氧化碳变换装置合成气H2/CO比值，变换装置采用部分变换工艺，约1/3粗合成气进入变换炉参与反应。
目前，一氧化碳变换装置大多采用单一换热器对变换炉入口原料气进行加热，常因原料气加热器结垢造成压差升高，一氧化碳变换装置停车退气。另外，在变换催化剂使用后期，催化剂活性降低，CO变换率偏低，H2/CO的比值不能很好的满足后系统要求，不利于装置的高负荷稳定运行，产品产量下降。另外，变换炉催化剂使用初期活性较好，变换炉入口温度控制在较低温度下运行，因此进入原料气加热器内的热量相应减少，利用目前操作手段难以减少进入原料气加热器内的热量，使得原料气加热器的原料气出口温度过高，导致原料气加热器管程列管在较高温度下运行发生结垢现象。
发明内容：
本发明的第一个目的在于提供一种一氧化碳部分变换系统。
本发明的第二个目的在于提供一种一氧化碳部分变换工艺控制方法。
本发明的第一个目的由如下技术方案实施，一氧化碳部分变换系统，其包括变换气液分离器、两个并列连接的预变换炉、变换炉、净化气加热器和原料气加热器，两个预变换炉一个开启、一个备用。所述变换气液分离器的原料气出口与所述原料气加热器的低温原料气入口连接，所述低温原料气入口处设有低温原料气入口闸阀，所述原料气加热器的低温原料气出口与所述预变换炉入口通过预变换炉入口总管连接，所述低温原料气出口处设有低温原料气出口闸阀，所述预变换炉出口与预变换炉出口总管的一端连接，预变换炉出口总管的另一端分别与所述变换炉的变换炉入口总管和变换炉出口总管连接，连接所述预变换炉出口总管与所述变换炉出口总管的预变换炉出口副管上靠近所述变换炉出口总管的一端设有预变换炉副管调节阀，所述变换炉入口总管上设有变换炉入口调节阀，所述变换炉出口总管上设有变换炉出口调节阀，所述变换炉出口总管与所述原料气加热器的混合气入口连接，所述混合气入口处设有混合气入口闸阀，所述原料气加热器的混合气出口与所述净化气加热器入口通过混合气出口总管连接，所述混合气出口总管与所述变换炉出口总管通过混合气出口副管连接，所述混合气出口副管上设有混合气出口副管调节阀，其还包括有辅助原料气加热器，所述辅助原料气加热器的辅助原料气入口通过辅助原料气加热器入口副管与所述预变换炉出口副管连接，所述辅助原料气加热器入口副管上设有辅助原料气加热器入口副管调节阀，所述辅助原料气加热器的辅助原料气出口与所述变换炉入口总管连接，所述辅助原料气加热器的合成气入口与所述变换炉出口调节阀入口处的所述变换炉出口总管连接，所述辅助原料气加热器的合成气出口与所述变换炉出口调节阀出口处的所述变换炉出口总管连接，所述变换气液分离器的原料气出口通过变换气液分离器出口副管与所述预变换炉入口总管连接，所述变换气液分离器出口副管上设有变换气液分离器出口副管闸阀，所述原料气加热器的混合气出口处设有混合气出口闸阀，所述预变换炉副管调节阀的入口端和出口端通过所述预变换炉出口旁路管连接，所述预变换炉出口旁路管上设有预变换炉出口旁路管调节阀，所述混合气出口总管与所述变换炉出口总管通过混合气出口旁路管连接，所述混合气出口旁路管上设有混合气出口旁路管蝶阀。
本发明的第二个目的由如下技术方案实施，一种一氧化碳部分变换工艺控制方法，其由如下步骤进行操作：(1)变换气液分离器分离出的原料气分流；(2)预变换炉内除碳灰；(3)原料气分流换热完成一氧化碳部分变换；(4)混合后气体分流；
(1)变换气液分离器分离出的原料气分流：由所述变换气液分离器分离出的原料气去所述原料气加热器，在所述原料气加热器内与来自所述变换炉出口总管的混合后气体换热后流入所述预变换炉入口总管，然后进入所述预变换炉；或者原料气直接进入所述预变换炉入口总管，然后进入所述预变换炉；(2)预变换炉内除碳灰：原料气在所述预变换炉内除去碳灰；(3)原料气分流换热完成一氧化碳部分变换：由所述预变换炉出口流出的原料气分三路，一路流入所述变换炉入口总管内与来自所述辅助原料气加热器加热后的原料气混合，混合后的温度达到260-300℃，然后进入所述变换炉中进行一氧化碳部分变换；二路经所述辅助原料气加热器入口副管进入所述辅助原料气加热器后，与来自所述变换炉的合成气换热后，流入所述变换炉入口总管；三路经所述预变换炉出口副管流入所述变换炉出口总管与所述变换炉出口总管内的合成气进行混合，混合后气体的H2/CO比值在1.6-2.0范围内；(4)混合后气体分流：所述混合后气体一路经所述混合气出口副管与所述混合气出口旁路管汇集进入所述混合气出口总管，然后经所述混合气出口总管进入所述净化器加热器，另一路进入所述原料气加热器与来自所述变换气液分离器分离出的原料气进行换热，换热后经所述混合气出口总管进入所述净化器加热器。
进入所述变换炉内的原料气温度通过所述变换炉入口调节阀、所述变换炉出口调节阀和所述辅助原料气加热器入口副管调节阀进行调节，当进入所述变换炉内的原料气温度高时，将所述变换炉入口调节阀开大，将所述变换炉出口调节阀开大，将所述辅助原料气加热器入口副管调节阀关小；当进入所述变换炉内的原料气温度低时，将所述变换炉入口调节阀关小，将所述变换炉出口调节阀关小，将所述辅助原料气加热器入口副管调节阀开大。
所述混合后气体的H2/CO比值通过所述预变换炉副管调节阀和所述预变换炉出口旁路管调节阀进行调节控制，在生产负荷一定的情况下，所述预变换炉副管调节阀的阀位保持不变，通过所述预变换炉出口旁路管调节阀进行调整；当生产负荷发生变化时，首先通过所述预变换炉副管调节阀调整H2/CO比值，再利用所述预变换炉出口旁路管调节阀进行微调以稳定H2/CO比。
通过所述混合气出口副管调节阀和所述混合气出口旁路管蝶阀来控制进入所述变换炉内的原料气温度，当进入所述变换炉内的原料气温度高时，所述混合气出口旁路管蝶阀与所述混合气出口副管调节阀均开大；当进入所述变换炉内的原料气温度低时，所述混合气出口旁路管蝶阀与所述混合气出口副管调节阀均关小。
当所述原料气加热器需停车检修时，将所述原料气加热器的低温原料气入口闸阀、低温原料气出口闸阀、混合气入口闸阀、混合气出口闸阀完全关闭，将所述原料气加热器隔离检修，所述混合气出口旁路管蝶阀打开，所述变换气液分离器分离出的原料气全部经所述变换气液分离器出口副管进入所述预变换炉入口总管；所述混合后气体经所述混合气出口副管与所述混合气出口旁路管进入所述混合气出口总管，然后经所述混合气出口总管进入所述净化器加热器。
本发明的优点在于，(1)原料气加热器需要检修时，可以在线完成，不影响装置的连续运行；(2)在变换触媒运行后期，通过辅助原料气加热器，可提高变换炉入口气温度，实现了装置的长周期稳定运行；(3)本发明系统通过增加混合气出口旁路管，并在混合气出口旁路管上加设混合气出口旁路管蝶阀，利用两阀开度调节原料气加热器的进气量，控制原料气加热器出口温度在合适范围，避免原料气加热器管程列管在较高温度下运行发生结垢现象；(4)通过增加预变换炉出口旁路管，并在预变换炉出口旁路管上加设预变换炉出口旁路管调节阀，实现精确控制H2/CO的比值。
附图说明
图1为为一氧化碳部分变换系统示意图。
变换气液分离器1，预变换炉2，变换炉3，净化气加热器4，原料气加热器5，低温原料气入口6，低温原料气入口闸阀7，低温原料气出口8，预变换炉入口9，预变换炉入口总管10，低温原料气出口闸阀11，预变换炉出口12，预变换炉出口总管13，变换炉入口总管14，变换炉出口总管15，预变换炉出口副管16，预变换炉副管调节阀17，变换炉入口调节阀18，变换炉出口调节阀19，混合气入口20，混合气入口闸阀21，混合气出口22，混合气出口总管23，混合气出口副管24，混合气出口副管调节阀25，辅助原料气加热器26，辅助原料气入口27，辅助原料气加热器入口副管28，辅助原料气加热器入口副管调节阀29，辅助原料气出口30，合成气入口31，合成气出口32，变换气液分离器出口副管33，变换气液分离器出口副管闸阀34，混合气出口闸阀35，预变换炉出口旁路管36，预变换炉出口旁路管调节阀37，混合气出口旁路管38，混合气出口旁路管蝶阀39。
具体实施方式：
实施例1：一氧化碳部分变换系统，其包括变换气液分离器1、两个并列连接的预变换炉2、变换炉3、净化气加热器4、辅助原料气加热器26和原料气加热器5，变换气液分离器1的原料气出口与原料气加热器5的低温原料气入口6连接，低温原料气入口6处设有低温原料气入口闸阀7，原料气加热器5的低温原料气出口8与预变换炉入口9通过预变换炉入口总管10连接，低温原料气出口8处设有低温原料气出口闸阀11，预变换炉出口12与预变换炉出口总管13的一端连接，预变换炉出口总管13的另一端分别与变换炉3的变换炉入口总管14和变换炉出口总管15连接，连接预变换炉出口总管13与变换炉出口总管15的预变换炉出口副管16上靠近变换炉出口总管15的一端设有预变换炉副管调节阀17，变换炉入口总管14上设有变换炉入口调节阀18，变换炉出口总管15上设有变换炉出口调节阀19，变换炉出口总管15与原料气加热器5的混合气入口20连接，混合气入口20处设有混合气入口闸阀21，原料气加热器5的混合气出口22与净化气加热器4入口通过混合气出口总管23连接，混合气出口总管23与变换炉出口总管15通过混合气出口副管24连接，混合气出口副管24上设有混合气出口副管调节阀25，辅助原料气加热器26的辅助原料气入口27通过辅助原料气加热器入口副管28与预变换炉出口副管16连接，辅助原料气加热器入口副管28上设有辅助原料气加热器入口副管调节阀29，辅助原料气加热器26的辅助原料气出口30与变换炉入口总管14连接，辅助原料气加热器26的合成气入口31与变换炉出口调节阀19入口处的变换炉出口总管15连接，辅助原料气加热器26的合成气出口32与变换炉出口调节阀19出口处的变换炉出口总管15连接，变换气液分离器1的原料气出口通过变换气液分离器出口副管33与预变换炉入口总管10连接，变换气液分离器出口副管33上设有变换气液分离器出口副管闸阀34，原料气加热器5的混合气出口22处设有混合气出口闸阀35，预变换炉副管调节阀17的入口端和出口端通过预变换炉出口旁路管36连接，预变换炉出口旁路管36上设有预变换炉出口旁路管调节阀37，混合气出口总管23与变换炉出口总管15通过混合气出口旁路管38连接，混合气出口旁路管38上设有混合气出口旁路管蝶阀39。
实施例2：一种一氧化碳部分变换工艺控制方法，其由如下步骤进行操作：(1)变换气液分离器分离出的原料气分流；(2)预变换炉内除碳灰；(3)原料气分流换热完成一氧化碳部分变换；(4)混合后气体分流；
(1)变换气液分离器分离出的原料气分流：由变换气液分离器1分离出的原料气去原料气加热器5，在原料气加热器5内与来自变换炉出口总管15的混合后气体换热后流入预变换炉入口总管10，然后进入预变换炉2；或者原料气直接进入预变换炉入口总管10，然后进入预变换炉2；(2)预变换炉内除碳灰：原料气在预变换炉2内除去碳灰；(3)原料气分流换热完成一氧化碳部分变换：由预变换炉出口12流出的原料气分三路，一路流入变换炉入口总管14内与来自辅助原料气加热器26加热后的原料气混合，混合后的温度达到260-300℃，然后进入变换炉3中进行一氧化碳部分变换；二路经辅助原料气加热器入口副管28进入辅助原料气加热器26后，与来自变换炉3的合成气换热后，流入变换炉入口总管14；三路经预变换炉出口副管16流入变换炉出口总管15与变换炉出口总管15内的合成气进行混合，混合后气体的H2/CO比值在1.6-2.0范围内；(4)混合后气体分流：混合后气体一路经混合气出口副管24与混合气出口旁路管38汇集进入混合气出口总管23，然后经混合气出口总管23进入净化器加热器4，另一路进入原料气加热器5与来自变换气液分离器1分离出的原料气进行换热，换热后经混合气出口总管23进入净化器加热器4。
进入变换炉3内的原料气温度通过变换炉入口调节阀18、变换炉出口调节阀19和辅助原料气加热器入口副管调节阀29进行调节，当进入变换炉3内的原料气温度高时，将变换炉入口调节阀18开大，将变换炉出口调节阀19开大，将辅助原料气加热器入口副管调节阀29关小；当进入变换炉3内的原料气温度低时，将变换炉入口调节阀18关小，将变换炉出口调节阀19关小，将辅助原料气加热器入口副管调节阀29开大。
混合后气体的H2/CO比值通过预变换炉副管调节阀17和预变换炉出口旁路管调节阀37进行调节控制，在生产负荷一定的情况下，预变换炉副管调节阀17的阀位保持不变，通过预变换炉出口旁路管调节阀37进行调整；当生产负荷发生变化时，首先通过预变换炉副管调节阀17调整H2/CO比值，再利用预变换炉出口旁路管调节阀37进行微调以稳定H2/CO比。
通过混合气出口副管调节阀25和混合气出口旁路管蝶阀39来控制进入变换炉3内的原料气温度，当进入变换炉3内的原料气温度高时，混合气出口旁路管蝶阀39与混合气出口副管调节阀25均开大；当进入变换炉3内的原料气温度低时，混合气出口旁路管蝶阀39与混合气出口副管调节阀25均关小。
当原料气加热器5需停车检修时，将原料气加热器5的低温原料气入口闸阀7、低温原料气出口闸阀11、混合气入口闸阀21、混合气出口闸阀35完全关闭，将原料气加热器5隔离检修，混合气出口旁路管蝶阀39打开，变换气液分离器1分离出的原料气全部经变换气液分离器出口副管33进入预变换炉入口总管10；混合后气体经混合气出口副管24与混合气出口旁路管38进入混合气出口总管23，然后经混合气出口总管23进入净化器加热器4。

Claims (6)

1.一氧化碳部分变换系统，其包括变换气液分离器、两个并列连接的预变换炉、变换炉、净化气加热器和原料气加热器，所述变换气液分离器的原料气出口与所述原料气加热器的低温原料气入口连接，所述低温原料气入口处设有低温原料气入口闸阀，所述原料气加热器的低温原料气出口与所述预变换炉入口通过预变换炉入口总管连接，所述低温原料气出口处设有低温原料气出口闸阀，所述预变换炉出口与预变换炉出口总管的一端连接，预变换炉出口总管的另一端分别与所述变换炉的变换炉入口总管和变换炉出口总管连接，连接所述预变换炉出口总管与所述变换炉出口总管的预变换炉出口副管上靠近所述变换炉出口总管的一端设有预变换炉副管调节阀，所述变换炉入口总管上设有变换炉入口调节阀，所述变换炉出口总管上设有变换炉出口调节阀，所述变换炉出口总管与所述原料气加热器的混合气入口连接，所述混合气入口处设有混合气入口闸阀，所述原料气加热器的混合气出口与所述净化气加热器入口通过混合气出口总管连接，所述混合气出口总管与所述变换炉出口总管通过混合气出口副管连接，所述混合气出口副管上设有混合气出口副管调节阀，其特征在于，其还包括有辅助原料气加热器，所述辅助原料气加热器的辅助原料气入口通过辅助原料气加热器入口副管与所述预变换炉出口副管连接，所述辅助原料气加热器入口副管上设有辅助原料气加热器入口副管调节阀，所述辅助原料气加热器的辅助原料气出口与所述变换炉入口总管连接，所述辅助原料气加热器的合成气入口与所述变换炉出口调节阀入口处的所述变换炉出口总管连接，所述辅助原料气加热器的合成气出口与所述变换炉出口调节阀出口处的所述变换炉出口总管连接，所述变换气液分离器的原料气出口通过变换气液分离器出口副管与所述预变换炉入口总管连接，所述变换气液分离器出口副管上设有变换气液分离器出口副管闸阀，所述原料气加热器的混合气出口处设有混合气出口闸阀，所述预变换炉副管调节阀的入口端和出口端通过所述预变换炉出口旁路管连接，所述预变换炉出口旁路管上设有预变换炉出口旁路管调节阀，所述混合气出口总管与所述变换炉出口总管通过混合气出口旁路管连接，所述混合气出口旁路管上设有混合气出口旁路管蝶阀。
2.一氧化碳部分变换工艺控制方法，其特征在于，其由如下步骤进行操作：(1)变换气液分离器分离出的原料气分流；(2)预变换炉内除碳灰；(3)原料气分流换热完成一氧化碳部分变换；(4)混合后气体分流；
(1)变换气液分离器分离出的原料气分流：由所述变换气液分离器分离出的原料气去所述原料气加热器，在所述原料气加热器内与来自所述变换炉出口总管的混合后气体换热后流入所述预变换炉入口总管，然后进入所述预变换炉；或者原料气直接进入所述预变换炉入口总管，然后进入所述预变换炉；(2)预变换炉内除碳灰：原料气在所述预变换炉内除去碳灰；(3)原料气分流换热完成一氧化碳部分变换：由所述预变换炉出口流出的原料气分三路，一路流入所述变换炉入口总管内与来自所述辅助原料气加热器加热后的原料气混合，混合后的温度达到260-300℃，然后进入所述变换炉中进行一氧化碳部分变换，；二路经所述辅助原料气加热器入口副管进入所述辅助原料气加热器后，与来自所述变换炉的合成气换热后，流入所述变换炉入口总管；三路经所述预变换炉出口副管流入所述变换炉出口总管与所述变换炉出口总管内的合成气进行混合，混合后气体的H2/CO比值在1.6-2.0范围内；(4)混合后气体分流：所述混合后气体一路经所述混合气出口副管与所述混合气出口旁路管汇集进入所述混合气出口总管，然后经所述混合气出口总管进入所述净化器加热器，另一路进入所述原料气加热器与来自所述变换气液分离器分离出的原料气进行换热，换热后经所述混合气出口总管进入所述净化器加热器。
3.根据权利要求2所述的一氧化碳部分变换工艺控制方法，其特征在于，进入所述变换炉内的原料气温度通过所述变换炉入口调节阀、所述变换炉出口调节阀和所述辅助原料气加热器入口副管调节阀进行调节，当进入所述变换炉内的原料气温度高时，将所述变换炉入口调节阀开大，将所述变换炉出口调节阀开大，将所述辅助原料气加热器入口副管调节阀关小；当进入所述变换炉内的原料气温度低时，将所述变换炉入口调节阀关小，将所述变换炉出口调节阀关小，将所述辅助原料气加热器入口副管调节阀开大。
4.根据权利要求2所述的一氧化碳部分变换工艺控制方法，其特征在于，所述混合后气体的H2/CO比值通过所述预变换炉副管调节阀和所述预变换炉出口旁路管调节阀进行调节控制，在生产负荷一定的情况下，所述预变换炉副管调节阀的阀位保持不变，通过所述预变换炉出口旁路管调节阀进行调整；当生产负荷发生变化时，首先通过所述预变换炉副管调节阀调整H2/CO比值，再利用所述预变换炉出口旁路管调节阀进行微调以稳定H2/CO比。
5.根据权利要求2所述的一氧化碳部分变换工艺控制方法，其特征在于，通过所述混合气出口副管调节阀和所述混合气出口旁路管蝶阀来控制进入所述变换炉内的原料气温度，当进入所述变换炉内的原料气温度高时，所述混合气出口旁路管蝶阀与所述混合气出口副管调节阀均开大；当进入所述变换炉内的原料气温度低时，所述混合气出口旁路管蝶阀与所述混合气出口副管调节阀均关小。
6.根据权利要求2所述的一氧化碳部分变换工艺控制方法，其特征在于，当所述原料气加热器需停车检修时，将所述原料气加热器的低温原料气入口闸阀、低温原料气出口闸阀、混合气入口闸阀、混合气出口闸阀完全关闭，将所述原料气加热器隔离检修，所述混合气出口旁路管蝶阀打开，所述变换气液分离器分离出的原料气全部经所述变换气液分离器出口副管进入所述预变换炉入口总管；所述混合后气体经所述混合气出口副管与所述混合气出口旁路管进入所述混合气出口总管，然后经所述混合气出口总管进入所述净化器加热器。
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