CN104152187A - 一种能延长催化剂使用寿命的co变换工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：粗合成气分为两股，初始时第一股与第二股的流量比为3:7；第一股粗煤气送入第一变换炉中进行变换反应，控制水气比为1.7-1.8，温度为250～270℃；第二股与一变混合气混合，送入第二变换炉；当第一变换炉出口一变混合气中干基CO浓度≥6v％时，改变第一股粗煤气和第二股粗煤气的分配比例为1:1，向第一股粗煤气中补入的蒸汽量不变，进入第一变换炉的水气比变为1.45-1.55；当第一变换炉出口一变混合气中干基CO浓度≥7.5v％时，改变第一股粗煤气和第二股粗煤气的分配比例为7:3，向第一股粗煤气中补入的蒸汽量不变，进入第一变换炉的粗合成气的水气比变为1.15-1.25。本发明能有效控制反应超温从而延长催化剂使用寿命。

Description

一种能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺

技术领域

本发明涉及到化工工艺，具体指一种能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺。

背景技术

一氧化碳变换是煤气化工艺的主要配套装置，CO变换反应在变换炉中进行，变换炉中装填有变换催化剂。

煤气化配套的变换采用的是耐硫变换催化剂，该催化剂具有适应宽温(200℃～500℃)、宽硫(工艺气硫含量≥0.01％(v/v))和宽水气比(0.2～2.0)的特点。影响催化剂使用寿命的主要因素有两个，一个是反应超温，一个是水气比。

CO变换是一个强放热反应，变换反应后温升较高。水蒸气是变换反应中不可缺少的介质，并且在变换反应中起着非常重要的作用。由于水蒸气具有热容量大的特点，因此变换反应中过量的水蒸气成为很好的热载体，能够吸收大量的变换反应热，抑制反应后的温升，从而可以用于控制变换炉超温。但是当粗煤气中的CO浓度很高时，例如CO浓度超过65v％时，粗煤气的水气比要达到1.6～1.8才能控制住CO变换反应不超温。

但是，耐硫变换催化剂是属于抗水性不强的一类催化剂，长期在过高水气比下运行时，虽然性能满足工艺要求，但是其使用寿命将会大大降低。实践证明，当变换炉进料水气比在1.6以下时，催化剂寿命能够保证3年以上；若催化剂长期在水气比超过1.6的条件下运行，其寿命为2年甚至更低。因此，过高水气比对变换催化剂非常不利，将减少催化剂的使用寿命。

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能有效控制反应超温从而能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：

CO干基浓度为70-75v％的粗合成气分离出液相部分后进入第一换热器换热，换热后的粗合成气分为两股；第一股粗煤气与第二股粗煤气的流量比为3:7；

其中第一股粗煤气补入水蒸气后送入第一变换炉中进行变换反应，在第一变换炉的出口得到一变混合气；

控制进入第一变换炉内的粗合成气的水气比为1.7-1.8，温度为250～270℃；一变混合气的出口温度为475-485℃，干基CO浓度为4.5-5.5v％；第二股粗煤气与所述一变混合气混合，并换热至250～270℃，送入第二变换炉中进行变换反应，在第二变换炉出口得到二变混合气，将二变混合气依次送至下游的变换炉内进行深度变换；

当第一变换炉出口一变混合气中干基CO浓度≥6v％时，改变第一股粗煤气和第二股粗煤气的分配比例为1:1，此时向第一股粗煤气中补入的蒸汽量不变，控制进入第一变换炉的粗合成气的水气比为1.45-1.55；第二股粗煤气依旧和第一变换炉出口的一变混合气混合后依次送入第二变换炉和下游变换炉内进行深度变换；

当第一变换炉出口一变混合气中干基CO浓度≥7.5v％时，改变第一股粗煤气和第二股粗煤气的分配比例为7:3，向第一股粗煤气中补入的蒸汽量不变，此时进入第一变换炉的粗合成气的水气比为1.15-1.25；第二股粗煤气依旧和第一变换炉出口的一变混合气混合后依次送入第二变换炉和下游变换炉内进行深度变换。

与现有技术相比，本发明根据催化剂的活性，通过改变第一股和第二股粗煤气的分配比例，来改变第一变换炉入口原料气中的水气比，从而使第一变换炉入口原料气中的水气比适配第一变换炉内催化剂的活性，有效避免了反应超温，同时也避免了第一变换炉内催化剂长期在高水气比条件下运行所导致的损伤催化剂使用寿命的问题，在不增加投资费用即可有效延长第一变换炉内催化剂的使用寿命，经济效益良好，且调节方式简单可靠；同时在第一变换炉变换催化剂活性降低导致变换率达不到预定要求时，通过增加进入第一变换炉的分股比例，弥补了催化剂活性降低时造成的第一变换炉反应深度不够、出口气反应量下降的问题。

附图说明

图1为本发明实施例流程图。

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1所示，该能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺配套煤气化装置使用。

来自煤气化装置的粗煤气中CO干基浓度为72v％，首先进入气液分离器1中分离出液相部分，然后进入第一换热器2换热。

换热后的粗合成气分为两股。

在第一变换炉中的催化剂为新鲜催化剂时，例如在装置开工初期或刚刚更换催化剂时，活性很高，造成第一变换炉的变换反应速度很快，反应深度高，CO的变换率可达到88％以上。第一股粗煤气与第二股粗煤气的流量比为3:7。

其中第一股粗煤气补入水蒸气后送入第一变换炉3中进行变换反应，控制进入第一变换炉3内的粗合成气的水气比为1.8；此阶段依靠超高水气比控制第一变换炉的出口温度，保证其不超温，第一变换炉的催化剂在超高水气比条件下运行。第一变换炉的出口得到一变混合气，一变混合气的出口温度为480℃，以保证第一变换炉出口温度低于催化剂的最高允许使用温度。此时，一变混合气中干基CO浓度为5v％。

第二股粗煤气与一变混合气混合经第二换热器6换热后送入第二变换炉4中进行变换反应，在第二变换炉出口得到二变混合气；控制第二变换炉的入口温度为250～270℃，入口干基CO浓度为35～45v％；出口温度为410～450℃，出口干基CO浓度为6.5～8.5v％；

二变混合气经第三换热器7换热至第三变换炉5内进行深度变换反应。控制第三变换炉的入口温度为210～220℃，入口干基CO浓度为6.5～8.5v％35～45v％；出口温度为260～270℃，出口干基CO浓度为1.1～1.5v％。

第三变换炉5的数量也可以根据需要设置多个变换炉串联使用。

变换得到的产品气经第四换热器8回收热量后送出界外。

催化剂运行一段时间后，其活性有所下降，造成反应速度下降，主要表现是变换反应深度降低，此时第一变换炉出口的CO浓度有所升高。当第一变换炉出口气中干基CO浓度为6％左右时，第一变换率炉CO的变换率降到了86％左右。此时，将第一股粗煤气和第二股粗煤气流量比改为1:1，即加大进入第一变换炉的粗煤气量，同时向第一股粗煤气中补加的水蒸气量保持不变，与催化剂运行初期时相同。此时，进入第一变换炉的原料气的水气比为1.5。增大第一变换炉气量后则催化剂的空速提高，物料在催化剂床层停留时间缩短，即缩短了物料的反应时间，也就相应降低了物料的变换反应速度，最终造成物料反应深度的降低及反应出口温度的降低。这样，催化剂在活性下降的同时，空速又在提高，双重影响造成反应深度降低幅度较大，反应出口温度随之下降，已无需依靠过高水气比控制第一变换炉的出口温度。

第二股粗煤气依旧和第一变换炉出口的一变混合气混合后依次送入第二变换炉4和第三变换炉内进行深度变换后送出装置。

随着装置的继续运行，催化剂的活性会继续下降，同时变换反应深度也随之降低。当第一变换炉出口的干基CO浓度≥7.5v％时，第一变换率炉中CO的变换率降到83％。此时，继续加大进入第一变换炉的粗煤气量，第一股粗煤气和第二股粗煤气的分股比例改为7:3，即70％的粗煤气进入第一变换炉，但向第一股粗煤气中补加的蒸汽量仍不变，与初期加入量相同，使进入第一变换炉的原料气的水气比继续降低至1.2。第二股粗煤气依旧和第一变换炉出口的一变混合气混合后依次送入第二变换炉4和第三变换炉内进行深度变换后送出装置。

本发明利用了耐硫变换催化剂在装置运行过程中活性逐渐衰减的特点，从催化剂使用的初期到末期，分别改变进入第一变换炉的分股量和水气比，且不增加装置的补加蒸汽用量。从两方面延长了第一变换炉变换催化剂的使用寿命。

一方面，第一变换炉变换催化剂只有在使用初期时是在高水气比的环境中，在活性降到一定程度后，通过进加大进入第一变换炉的气量和维持补加水蒸气量的不变，使第一变换炉入口气的水气比可以大大降低，第一变换炉变换催化剂在活性降到一定程度后不再处于高水气比的环境中，这样能够有效延长催化剂的使用寿命。另一方面，在现有技术中，第一变换炉变换催化剂寿命到期的特征是该股粗煤气在变换炉中的变换反应深度降低，变换率达不到预定要求，表明第一变换炉的催化剂寿命到期，应更换。应用本发明方法后，在一定分股量的情况下，当第一变换炉变换催化剂活性降低到变换率达不到预定要求而需要更换时，可以通过改变进入一变炉的分股比例，增大进入第一变换炉气量即增加参与变换反应的气体的量的方式，来弥补催化剂活性降低时造成的第一变换炉反应量不够的问题，最终通过反应气体与未反应气体的混合，达到了进入第二变换炉内混合气的总CO变换深度的要求。相应就延长了催化剂的使用寿命。

对于额定寿命为3年的耐硫变换催化剂，在超高水气比介质环境下运行时，其寿命将缩短至2年甚至低于2年。而本实施例中催化剂的使用寿命可以恢复至额定寿命，达到3.0年。

本发明通过在催化剂的使用过程中逐渐加大进入第一变换炉的粗煤气量，且保持补加蒸汽量不变的方式，使第一变换炉的过高的水气比逐渐降低，使第一变换炉催化剂不再长期处在高水气比工况下运行，最终达到了延长催化剂寿命的目的。

Claims (1)

1.一种能延长催化剂使用寿命的CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：

CO干基浓度为70-75v％的粗合成气分离出液相部分后进入第一换热器(2)换热，换热后的粗合成气分为两股；第一股粗煤气与第二股粗煤气的流量比为3:7；

其中第一股粗煤气补入水蒸气后送入第一变换炉(3)中进行变换反应，在第一变换炉(3)的出口得到一变混合气；

控制进入第一变换炉(3)内的粗合成气的水气比为1.7-1.8，温度控制在250～270℃；一变混合气的出口温度为475-485℃，干基CO浓度为4.5-5.5v％；第二股粗煤气与所述一变混合气混合并换热后送入第二变换炉(4)中进行变换反应，在第二变换炉出口得到二变混合气，将二变混合气依次送至下游的变换炉内进行深度变换；

当第一变换炉出口一变混合气中干基CO浓度≥6v％时，改变第一股粗煤气和第二股粗煤气的分配比例为1:1，此时向第一股粗煤气中补入的蒸汽量不变，控制进入第一变换炉(3)的粗合成气的水气比为1.45-1.55；第二股粗煤气依旧和第一变换炉出口的一变混合气混合后依次送入第二变换炉(4)和下游变换炉内进行深度变换；

当第一变换炉出口一变混合气中干基CO浓度≥7.5v％时，改变第一股粗煤气和第二股粗煤气的分配比例为7:3，向第一股粗煤气中补入的蒸汽量不变，此时进入第一变换炉(3)的粗合成气的水气比为1.15-1.25；第二股粗煤气依旧和第一变换炉出口的一变混合气混合后依次送入第二变换炉(4)和下游变换炉内进行深度变换。