CN103509610B - 调节变换系统温度的耐硫变换工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐硫变换技术领域，涉及一种调节变换系统温度的耐硫变换工艺，具体涉及一种带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换技术领域，其特征在于在带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换技术中，工艺气进入预变换炉进行初步变换，然后经过一个降温装置和一个提温装置，在不影响工艺气的水气比前提下，将其温度进行调节后再进入1#主变换炉，从而调节主变换系统床层温度。本发明的优点在于：主变换催化剂性能得以更好地发挥，并延长了主变换催化剂使用寿命，预计可延长5%~40%。降低了操作难度，并且实施方法及设备简捷，投资低，具有很好的经济效益和推广价值。

Description

调节变换系统温度的耐硫变换工艺

技术领域

本发明属于耐硫变换技术领域，涉及一种调节变换系统温度的耐硫变换工艺，具体涉及一种带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换技术领域。

背景技术

随着煤化工的发展，煤气化工艺不断推陈出新，所制合成气CO含量越来越高，煤的种类和品质也有变化，后继变换系统的耐硫变换催化剂面临的工况恶化。为降低苛刻工况对耐硫变换催化剂性能的影响，确保主变换反应器的稳定运行，开始在变换工段前增加耐硫预变换反应器，对工艺气进行预变换。

在德士古水煤浆气化CO变换技术中，工艺气经过预变换反应器后，不调节温度，不提升水气比，直接进入主变换工序。工业上应用的耐硫预变换催化剂，活性组份含量相对较低，存在活性稳定性差，使用周期短的缺点。预变换催化剂使用初期活性相对较高，预变换炉出口工艺气温度较高，随后活性衰减较快，短期内预变换炉出口工艺气温度便大大降低。主变换催化剂使用寿命为3年左右，而预变换催化剂只有不到一年甚至不到半年的寿命，这样在主变换催化剂使用周期内，预变换催化剂能更换数次，工艺气温度不断上下变化，而工艺气温度对主变换系统温度有一定影响，主变换系统温度就随之变化。

变换反应是放热反应，反应温度低，有利于变换反应的进行，从动力学角度可以使其出口CO平衡含量降的更低；而在一定范围内增加反应温度，能增加反应速度，从热力学角度有利于变换反应的快速进行，但当温度太高时则由于受动力学影响大于热力学影响而使变换反应难于进行，变换催化剂表观活性下降，并且长期高温条件对催化剂结构、活性乃至使用寿命产生不良影响。因此，对变换催化剂来讲，控制反应温度在适宜的范围能更好的发挥催化剂的各项性能。而在带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换工艺中，目前无法调节主变换床层温度在适宜范围内，因此只能受工艺气温度变化的困扰。

在预变换催化剂使用初期，预变换炉出口工艺气温度高，带动主变换系统温度高，使主变换催化剂初期即处于高温下运行，不利于主变催化剂在使用初期时低温活性的发挥；随运行时间延长，预变换炉出口工艺气温度大大降低，主变换系统温度随之降低，工况出现波动；当主变换催化剂也到使用末期时，无法进一步提高床层温度延长主变换催化剂使用寿命。因此，预变换催化剂活性变化导致工艺气温度的变化对主变换系统平稳运行以及催化剂使用寿命均造成影响。

文献《耐硫变换装置工艺流程选择与改造》(《大氮肥》2011年6月34卷3期)是对壳牌粉煤气化CO变换工艺流程的改造，改造后预变换炉出口高温气体通过配入工艺蒸汽及工艺冷凝液降温增湿，降低预变换炉至1#变换炉的工艺气入口温度并提升其水气比。

中国专利CN102337162涉及一种低水气比饱和热水塔CO变换工艺，应用于壳牌粉煤气化CO变换工艺。从预变换炉出来的高温气体使用工艺冷凝液淬冷降温增湿后进入第一变换炉，减少中压过热蒸汽用量，降低能耗。

中国专利CN102002403涉及一种低水气比串中水气比的CO变换工艺，应用于壳牌粉煤气化CO变换工艺。从预变炉出来的预变混合气与中压过热蒸汽和工艺冷凝液混合降温增湿后进入第一变换炉，控制预变混合气进入第一变换炉的入口温度为260～290℃，水/干气摩尔比为0.8～1.0。

以上方法均应用于壳牌粉煤气化CO变换技术，降温的同时提升水气比，能耗高，不能根据工况波动调节降温幅度，并不涉及在催化剂末期提温。

发明内容

本发明的目的是提供一种调节变换系统温度的耐硫变换工艺，应用于带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换技术，能够消除或减小由预变换催化剂活性变化导致的工艺气温度变化对主变换系统的影响，使主变换催化剂性能得以更好地发挥，并延长主变换催化剂使用寿命，易于实施，投资低。

本发明所述的一种调节变换系统温度的耐硫变换工艺，在带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换技术中，工艺气进入预变换炉进行初步变换，然后经过一个降温装置和一个提温装置，在不影响工艺气的水气比前提下，将其温度进行调节后再进入1#主变换炉，从而调节主变换系统床层温度。

工艺气经过调节后的温度，在主变换催化剂使用周期中并不固定，范围为240～350℃，随主变换催化剂运行时间延长而逐步升高。在主变换催化剂使用初期，调节进入1#主变换炉工艺气温度较低，使1#主变换炉入口温度较低，发挥催化剂低温活性，随着运行时间延长，主变换催化剂活性下降，则逐步提升工艺气温度，提高入口温度，提高变换率，发挥主变换催化剂中温活性，在其使用末期，大幅提高工艺气温度，保持入口温度较高，发挥主变换催化剂高温活性。采用最大化利用主变换催化剂低温及中高温活性的方法，在保证变换系统稳定运行的同时，延长主变换催化剂使用寿命。调节后工艺气温度与主变换催化剂运行时间的关系可简化为：

T/℃=240+10*t/4（1）

其中t以月为单位。

当装填新剂开车运行，主变换催化剂处于运行初期，此时需要保持1#主变换炉入口温度较低，使主变换催化剂发挥低温活性，由式（1）计算得到工艺气调节后需达到的温度，此时预变换催化剂活性较高，预变换炉出口工艺气温度较高，高于工艺气调节后需达到的温度，则使用降温装置降低工艺气至式（1）计算得到的温度；随运行时间延长，由式（1）计算得到的工艺气调节后需达到的温度逐渐升高，而预变换催化剂活性下降较快，预变换炉出口温度降低，根据这两个温度确定使用降温或提温装置调节工艺气温度至式（1）计算得到的温度。

当更换预变换催化剂后，预变换炉出口温度又恢复高位，并逐渐降低，由式（1）计算得到的工艺气需达到的温度也逐步升高，仍根据这两个温度确定使用降温或提温装置调节工艺气温度至式（1）计算得到的温度。使1#主变换炉入口温度逐步升高，主变换催化剂的活性由低温活性到中高温活性逐步发挥，使其性能得到充分利用，工况稳定，延长催化剂使用寿命。

当主变换催化剂到达使用末期，此时由式（1）计算得到的工艺气调节后需达到的温度较高，再根据预变换炉出口工艺气温度确定使用降温或提温装置调节工艺气温度至式（1）计算得到的温度，发挥主变换催化剂高温活性，延长使用寿命。

主变换催化剂使用寿命预计可延长5～40%。

降温装置优选用蒸汽换热器或水冷换热器，更优选用蒸汽换热器。

提温装置优选用高压蒸汽换热器或电加热器，更优选用电加热器。

所述的降温装置和提温装置设于预变换炉出口至1#主变换炉入口的管线上。可降温装置在前，提温装置在后；也可提温装置在前，降温装置在后。

本发明的优点在于：提供了一种调节变换系统温度的耐硫变换工艺，适用于带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换工艺，通过控制预变换炉至1#主变换炉的工艺气温度来调节主变换系统温度，不调节水气比，在预变换催化剂使用周期内控制进入1#主变换炉的工艺气温度在适宜范围内，从而使主变换系统温度始终在所需温度下运行，主变换催化剂性能得以更好地发挥，并延长了主变换催化剂使用寿命，预计可延长5%~40%。降低了操作难度，并且实施方法及设备简捷，投资低，具有很好的经济效益和推广价值。

附图说明

图1为本发明工艺使用装置的结构示意图；

图中：1、预变换炉2、1#主变换炉3、蒸汽换热器4、电加热器。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

在某厂实施本发明，在一个主变换催化剂应用周期中，1#主变换炉装填耐硫变换催化剂QCS-01，预变换炉先后装填预变换催化剂QBS-01、QBS-05以及QCS-01旧剂。预变换催化剂的初期、中期、末期时间跨度分别为4个月，其运行控制情况见以下实施例：

实施例1：

如图1所示，变换系统都装填新催化剂开车运行后控制情况：①在预变换催化剂（QBS-05）使用初期，预变换炉1出口工艺气温度达到320℃，启动蒸汽换热器3，关闭电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3降至240～250℃,经过电加热器4温度不变，再进入1#主变换炉2；②在预变换催化剂使用中期，预变换炉1出口温度降为300℃,调节蒸汽换热器3降温幅度，关闭电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3降至250～260℃，经过加热器4温度不变，再进入1#主变换炉2；③在预变换催化剂使用末期，预变换炉1出口温度为278℃，调节蒸汽换热器3降温幅度，关闭电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3降至260～270℃，经过电加热器4温度不变，再进入1#主变换炉2。这样使主变换催化剂初期在低温下运行，发挥其低温活性，避免初期在高温下运行，丧失其低温活性，为以后提高温度延长寿命打下基础。

实施例1的控制情况见表1。

表1：

实施例2：

如图1所示，预变换催化剂更换后，其控制情况为：①在预变换催化剂（QBS-05）使用初期，预变换炉1出口工艺气温度达到310℃，启动蒸汽换热器3，关闭电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3降至270～280℃,经过电加热器4温度不变，再进入1#主变换炉2；②在预变换催化剂使用中期，预变换炉1出口温度降为292℃,调节蒸汽换热器3降温幅度，关闭电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3降至280～290℃，经过加热器4温度不变，再进入1#主变换炉2；③在预变换催化剂使用末期，预变换炉1出口温度为275℃，关闭蒸汽换热器3，启动电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3温度不变，经过电加热器4升至290～300℃，再进入1#主变换炉2。这样随主变换催化剂运行时间的延长，逐步提高工艺气温度，提高1#主变换炉入口温度。在不调节温度的情况下，平衡位置已经下移；在调节温度情况下，催化剂性能得到充分发挥，平衡位置保持较好。

实施例2的控制情况见表2。

表2：

实施例3：

如图1所示，预变换催化剂又一次更换后，此时主变换催化剂已至中后期，由于之前主变换催化剂先在低温下运行，再于中温下运行，此时可以控制其在较高温下运行。其控制情况为：①在预变换催化剂（QBS-01）使用初期，预变换炉1出口工艺气温度达到318℃，启动蒸汽换热器3，关闭电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3温度降至300～310℃，经过电加热器温度不变，再进入1#主变换炉2；②在预变换催化剂使用中期，预变换炉1出口温度降为296℃,关闭蒸汽换热器3，启动电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3温度不变，经过电加热器升至310～320℃，再进入1#主变换炉2；③在预变换催化剂使用末期，预变换炉1出口温度为276℃，关闭蒸汽换热器3，启动电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3温度不变，经过电加热器4升至320～330℃，再进入1#主变换炉2。这样开始发挥主变换催化剂的中高温活性，提高变换率，延长主变换催化剂使用寿命，否则在不调解温度情况下，1#主变换炉转化率已经较低。

实施例3的控制情况见表3。

表3：

实施例4：

如图1所示，预变换催化剂又一次更换后，此时主变换催化剂已至末期，需要继续提高床层温度提高主变换催化剂活性，延长使用寿命。其控制情况为：①在预变换催化剂（QCS-01旧剂）使用初期，预变换炉1出口工艺气温度为293℃，关闭蒸汽换热器3，启动电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3温度不变，经过电加热器升至33～340℃，再进入1#主变换炉2；②在预变换催化剂使用末期，预变换炉1出口温度降为267℃,关闭蒸汽换热器3，启动电加热器4，工艺气经过蒸汽换热器3温度不变，经过电加热器升至340～350℃，再进入1#主变换炉2。这样发挥主变换催化剂的高温活性，提高变换率，延长主变换催化剂使用寿命，否则在不调解温度情况下，1#主变换炉变换率已经过低。

实施例4的控制情况见表4。

表4：

Claims (5)

1.一种调节变换系统温度的耐硫变换工艺，其特征在于在带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换技术中，工艺气进入预变换炉进行初步变换，然后经过一个降温装置和一个提温装置，在不影响工艺气的水气比前提下，将其温度进行调节后再进入1#主变换炉，从而调节主变换系统床层温度；进入1#主变换炉的工艺气温度按照公式T/℃=240+10*t/4进行调节，调节范围是240～350℃，其中t以月为单位；预变换催化剂为QBS-05。

2.根据权利要求1所述的调节变换系统温度的耐硫变换工艺，其特征在于降温装置选用蒸汽换热器或水冷换热器。

3.根据权利要求2所述的调节变换系统温度的耐硫变换工艺，其特征在于降温装置选用蒸汽换热器。

4.根据权利要求1所述的调节变换系统温度的耐硫变换工艺，其特征在于提温装置选用高压蒸汽换热器或电加热器。

5.根据权利要求4所述的调节变换系统温度的耐硫变换工艺，其特征在于提温装置选用电加热器。