CN103879960A - 一种自循环co变换工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种自循环CO变换工艺，其包括下述步骤：由激冷流程粉煤气化单元送来的饱和了水蒸气的粗合成气分离出液体后脱除其中的杂质和重金属，然后分成两股，第一股新鲜合成气与高压蒸汽和第一股一变混合气混合后再补入中压锅炉给水，进入1#变换炉进行变换反应；得到的一变混合气换热后分成两股，第二股一变混合气与第二股新鲜合成气混合并补入中压锅炉给水后，进入2#变换炉进行变换反应；得到的二变混合气换热后进入3#变换炉继续进行变换反应。本发明利用蒸汽喷射吸入变换后的低浓度CO进行循环，有效降低了进入变换炉的CO浓度，变换炉操作温度降低，催化剂运行环境温和，延长了催化剂使用寿命和装置运行周期，且节能降耗效果好。

Description

一种自循环CO变换工艺
技术领域
本发明涉及一种CO变换工艺，具体指一种自循环CO变换工艺。
背景技术
近年来我国煤气化技术发展迅速，国内在逐渐掌握引进的废热锅炉流程粉煤加压气化技术的基础上，开发出了具有投资低、流程短、合成气有效组分高、运行费用低且环境友好的激冷流程粉煤加压气化技术，如航天炉或东方炉煤气化技术等。以上国内开发的煤气化技术均具有完全的自主知识产权，工程设计周期短以及工艺包编制费用低，被国内越来越多的煤化工装置所采用。激冷流程粉煤加压气化技术生成的粗合成气中CO干基体积含量通常在60%以上，同时水蒸汽体积含量相比干基气体体积介于70％～90%之间，粗合成气具有水蒸汽含量较高和CO含量高的显著特点。
激冷流程的粉煤加压气化技术用于造气来配套合成氨、制氢和甲醇等装置时均需配置CO变换工序，通过CO变换来调节合成气中的氢碳比例或将尽量多的CO变换为氢气。因此，不论是生产合成氨或者甲醇等产品均面临着强放热的高浓度CO变换技术难题，所以激冷流程的粉煤加压气化技术近年来的大力发展，也在推动着我国高浓度CO变换技术的持续发展和进步。
变换反应是水蒸汽和CO的等摩尔反应，生成二氧化碳和氢气的同时放出大量反应热。对于不同煤气化技术所生成的粗合成气，变换工序的化学反应过程均相同，但是变换流程需根据粗合成气的特点进行有针对性的设计。对于采用激冷流程的粉煤加压气化技术生成的粗合成气，在变换工序进行CO变换反应时，变换流程设计的重点和难点是如何有效控制CO变换反应床层温度，防止超温事故发生，延长变换催化剂寿命，降低装置能耗和投资等方面。
现有技术中，为了抑制高浓度CO变换反应的超温问题，采用了等温变换串绝热变换工艺，围绕着等温变换炉设置了汽包和循环水泵等相关设备，设备投资较高；另外等温变换炉结构非常复杂，设备制造费用昂贵且设备检维修很困难，尤其是催化剂的更换和装填，需要将等温变换炉从结构框架中移出才能够进行，耗时费力并且更换周期长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种自循环CO变换工艺，以解决现有等温变换串绝热变换的CO变换工艺设备投资高，等温变换炉结构复杂造价昂贵，设备制造以及检维修困难等一系列技术问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:该自循环CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：
由激冷流程粉煤气化单元送来的饱和了水蒸气的粗合成气温度195℃～205℃，压力3.7Mpa（G）～3.8Mpa（G），水/干气摩尔比约为0.7～0.8，CO干基体积含量65%～75%，粗合成气在气液分离器中分离出液体后进入粗合成气预热器预热至245℃～255℃，进入脱毒槽脱除粗合成气中的杂质和重金属；
出脱毒槽的新鲜合成气分成两股，其中占体积总量30%～35%的第一股新鲜合成气与利用高压蒸汽喷射器喷射高压蒸汽所产生动力吸入的占体积总量10%～20%的第一股一变混合气进行混合，然后进入气液混合器与补入的中压锅炉给水进行混合后进入1#变换炉进行变换反应；控制进入1#变换炉的混合气温度245℃～255℃，CO干基含量50%～60%，水/干气摩尔比1.6～1.8；
出1#变换炉的变换气温度为425℃～435℃、CO干基体积含量3%～5%、水/干气摩尔比0.7～0.9；
一变混合气进入蒸汽过热器用来过热下游1#中压废锅和2#中压废锅所产的中压饱和蒸汽，将中压蒸汽过热至400℃送出界区，一变混合气温度降至340℃～360℃；然后一变混合气进入1#中压废锅产出温度250℃，压力4.0Mpa(G)的中压饱和蒸汽，与下游2#中压废锅产出的中压饱和蒸汽混合后进入蒸汽过热器过热；此时一变混合气温度降至270℃～280℃；
出1#中压废锅的一变混合气分成两股，其中占总量10～20v%的第一股一变混合气通过高压蒸汽喷射器抽吸返回到1#变换炉的入口；剩余的第二股一变混合气与占新鲜合成气总量65～70v%的第二股新鲜合成气混合，然后进入气液混合器与补入的中压锅炉给水进行混合后，进入2#变换炉进行变换反应；控制2#变换炉入口混合气的温度为245～255℃、CO干基体积含量40～45%、水/干气摩尔比为0.80～1.0；
出2#变换炉的二变混合气温度为420～430℃，CO干基体积含量6%～8%，水/干气摩尔比为0.40～0.45；
二变混合气进入2#中压废锅产出温度250℃，压力4.0Mpa(G)的中压饱和蒸汽，同时二变混合气温度降至260～270℃，再经过粗合成气预热器换热后温度降至225℃～230℃，进入3#变换炉继续进行变换反应；
出3#变换炉的三变混合气温度为260℃～270℃，CO干基体积含量为1%～1.5%，水/干气摩尔比0.30～0.40；
三变混合气进入锅炉给水换热器预热由界区送来的温度130℃，压力5.0Mpa(G)的中压锅炉给水，将中压锅炉给水预热至200℃，三变混合气温度降至210℃～230℃后送下游。
与现有技术相比较，本发明的优点在于：
1、通过利用蒸汽喷射吸入变换后的低浓度CO进行循环，有效降低了进入变换炉的CO浓度，变换炉操作温度降低，催化剂运行环境温和，催化剂使用寿命变长，变换单元容易实现长周期稳定运行。
2、在整个变换反应过程中，仅有30～35v%的新鲜合成气和部分循环回来的一变混合气中的水/干气摩尔比达到1.6～1.8，但整个变换系统的水气比始终较低，降低了蒸汽的消耗。
3、在解决变换超温的同时，使用了结构简单检修方便的轴向变换炉，取消了结构复杂、造价昂贵、检修困难的径向等温变换炉，节省了设备投资，方便了设备维修。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例、对比例对本发明做进一步阐述。
实施例
将本实施例配套使用在采用激冷流程的粉煤加压气化技术造气生产30万吨/年合成氨52万吨/年尿素的典型的化肥装置中。
如图1所示，该自循环CO变换工艺包括下述步骤：
由激冷流程粉煤气化单元送来的饱和了水蒸气的粗合成气温度195℃～205℃，压力3.7Mpa（G）～3.8Mpa（G），水/干气摩尔比约为0.7～0.8，CO干基体积含量65%～75%。在用管道将粗合成气从气化单元送到变换单元的过程中由于热量损失，粗合成气中的少量水蒸汽会被冷凝生成冷凝液，粗合成气和冷凝液在管道系统内共存会导致管线和设备的腐蚀以及震动，所以粗合成气在进入变换炉之前需将其中的冷凝液分离出来。
本实例先将粗合成气送入气液分离器1，分离出的液体从气液分离器1的底部排出。从气液分离器1顶部出来的粗合成气经过粗合成器预热器11预热至245℃～255℃，进入脱毒槽2脱除粗合成气中的杂质和重金属。
出脱毒槽2的粗合成气称为新鲜合成气，该气体被分成两股。其中第一股新鲜合成气占总量的30%～35v%，与利用高压蒸汽喷射器3喷射高压蒸汽所产生动力吸入的10%～20v%的一变混合气进行混合，然后进入气液混合器4与补入的中压锅炉给水进行混合，对温度和水气比进行微调。控制进入1#变换炉5的混合气温度245℃～255℃，CO干基含量50%～60%，水/干气摩尔比1.6～1.8，进入1#变换炉5进行深度变换反应。
经过1#变换炉5深度变换反应后，出1#变换炉5的变换气温度约为425℃～435℃，CO干基体积含量3%～5%，水/干气摩尔比0.7～0.9。一变混合气进入蒸汽过热器6用来过热下游1#中压废锅7和2#中压废锅10所产的中压饱和蒸汽，将中压蒸汽过热至400℃送出界区，一变混合气温度降至340℃～360℃。一变混合气进入1#中压废锅7产出温度250℃，压力4.0Mpa(G)的中压饱和蒸汽，与下游2#中压废锅10产出的中压饱和蒸汽混合后进入蒸汽过热器6过热。此时一变混合气温度降至270℃～280℃，将一变混合气分成两股，其中一股10%～20%的一变混合气通过高压蒸汽喷射器3抽吸返回到1#变换炉5的入口；另外一股80%～90%的一变混合气，与第二股约占新鲜合成气总量65%～70%的新鲜合成气混合，然后进入气液混合器8与补入的中压锅炉给水进行混合，对温度和水气比进行微调。进入2#变换炉9进行变换反应。控制2#变换炉9入口混合气的温度为245～255℃，CO干基体积含量40%～45%，水/干气摩尔比为0.80～1.0。
经过2#变换炉9深度变换反应后，出2#变换炉9的二变混合气温度为420～430℃，CO干基体积含量6%～8%，水/干气摩尔比为0.40～0.45。进入2#中压废锅10产出温度250℃，压力4.0Mpa(G)的中压饱和蒸汽，同时二变混合气温度降至260～270℃，再经过粗合成器预热器11换热后温度降至～230℃，进入3#变换炉12继续进行变换反应，出3#变换炉12的三变混合气温度为260℃～270℃，CO干基体积含量为1%～1.5%，水/干气摩尔比0.30～0.40。三变混合气进入锅炉给水换热器13预热由界区送来的温度130℃，压力5.0Mpa(G)的中压锅炉给水，将中压锅炉给水预热至200℃，三变混合气温度降至210℃～230℃后送下游。
对比例
安徽昊源合成氨改造项目采用了激冷流程的粉煤加压气化技术造气，用于生产30万吨/年合成氨52万吨/年尿素，采用了等温CO变换技术，气化单元送变换单元的有效气（H2+CO）大约为85000Nm3/h。将其与上述实施例进行对比，结果见表1所示。
表1
对比例* 实施例
解决超温的方式 等温变换炉 蒸汽喷射循环
变换炉技术特点 造价昂贵、检修困难 普通绝热变换炉
变换流程配置情况 流程较复杂 流程较简单
变换单元投资情况 等温系统复杂，投资较高 常规变换炉，投资较低
变换炉的检修情况 等温炉构造复杂，检修困难 绝热变换炉，检修容易
*为配套在安徽昊源合成氨改造项目30万吨/年合成氨52万吨/年尿装置中的等温CO变换工艺。
通过表1可以看出，采用自循环CO变换新技术，流程中的变换炉等设备技术成熟，设备投资低，工艺流程短，变换炉检修容易等显著特点。

Claims (1)

1.一种自循环CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：
由激冷流程粉煤气化单元送来的饱和了水蒸气的粗合成气温度195℃～205℃，压力3.7Mpa（G）～3.8Mpa（G），水/干气摩尔比约为0.7～0.8，CO干基体积含量65%～75%，粗合成气在气液分离器(1)中分离出液体后进入粗合成气预热器(11)预热至245℃～255℃，进入脱毒槽(2)脱除粗合成气中的杂质和重金属；
出脱毒槽(2)的新鲜合成气分成两股，其中占总量30～35v%的第一股新鲜合成气与利用高压蒸汽喷射器(3)喷射高压蒸汽所产生动力吸入的占总量10～20v%的第一股一变混合气进行混合，然后进入气液混合器(4)与补入的中压锅炉给水进行混合后进入1#变换炉(5)进行变换反应；控制进入1#变换炉(5)的混合气温度245℃～255℃，CO干基含量50%～60%，水/干气摩尔比1.6～1.8；
出1#变换炉(5)的变换气温度为425℃～435℃、CO干基体积含量3%～5%、水/干气摩尔比0.7～0.9；
一变混合气进入蒸汽过热器(6)用来过热下游1#中压废锅(7)和2#中压废锅(10)所产的中压饱和蒸汽，将中压蒸汽过热至400℃送出界区，一变混合气温度降至340℃～360℃；然后一变混合气进入1#中压废锅(7)产出温度250℃，压力4.0Mpa(G)的中压饱和蒸汽，与下游2#中压废锅(10)产出的中压饱和蒸汽混合后进入蒸汽过热器(6)过热；此时一变混合气温度降至270℃～280℃；
出1#中压废锅(7)的一变混合气分成两股，其中占总量10～20v%的第一股一变混合气通过高压蒸汽喷射器(3)抽吸返回到1#变换炉(5)的入口；剩余的第二股一变混合气与占新鲜合成气总量65～70v%的第二股新鲜合成气混合，然后进入气液混合器(8)与补入的中压锅炉给水进行混合后，进入2#变换炉(9)进行变换反应；控制2#变换炉(9)入口混合气的温度为245～255℃、CO干基体积含量40～45%、水/干气摩尔比为0.80～1.0；
出2#变换炉(9)的二变混合气温度为420～430℃，CO干基体积含量6%～8%，水/干气摩尔比为0.40～0.45；
二变混合气进入2#中压废锅(10)产出温度250℃，压力4.0Mpa(G)的中压饱和蒸汽，同时二变混合气温度降至260～270℃，再经过粗合成气预热器(11)换热后温度降至225℃～230℃，进入3#变换炉(12)继续进行变换反应；
出3#变换炉(12)的三变混合气温度为260℃～270℃，CO干基体积含量为1%～1.5%，水/干气摩尔比0.30～0.40；
三变混合气进入锅炉给水换热器(13)预热由界区送来的温度130℃，压力5.0Mpa(G)的中压锅炉给水，将中压锅炉给水预热至200℃，三变混合气温度降至210℃～230℃后送下游。
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