CN107777664B - 调节变换系统温度的变换反应工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐硫变换催化剂变换反应技术领域，具体涉及一种调节变换系统温度的变换反应工艺。所述变换反应工艺包括2‑3个预变催化剂运行周期，1个预变催化剂运行周期包括预变催化剂运行初期、预变催化剂运行中期、预变催化剂运行后期。本发明在原来第一副线的基础上，再增加一条工艺气第二副线，其目的主要是根据预变换催化剂和一变催化剂的不同运行阶段，通过控制未经预变炉前置换热器直接进入预变炉的工艺气比例，合理调节进入预变炉的工艺气温度，进而控制预变炉和一变炉催化剂床层的热点温度，发挥催化剂的最佳活性，从而延长预变催化剂和一变催化剂运行周期30％以上。

Description

调节变换系统温度的变换反应工艺
技术领域
本发明属于耐硫变换催化剂变换反应技术领域，具体涉及一种调节变换系统温度的变换反应工艺。
背景技术
近年来，由于扩能改造以及成品油加氢要求的提高，炼厂对氢气的需求量增大，一些与之配套的煤制氢装置的运行负荷不断提高，导致变换单元耐硫变换催化剂的装填量也必须随之增加，才能满足高负荷工艺气的变换要求。
一氧化碳变换反应是放热反应，从热力学角度而言，较低的反应温度有利于提高变换反应的深度，可以降低反应产物中CO的平衡浓度；从热力学角度而言，提高反应温度能够加快反应速度，利于变换反应的快速进行，但当长时间在过高的温度下运行时，耐硫变换催化剂的结构、活性以及使用寿命会受到不利影响。因此，对耐硫变换催化剂来讲，将反应温度控制在适宜的范围内，能够更好的发挥催化剂性能。
含预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换工艺一般为“预变+一变+二变+三变”模式，现有的工业装置在各变换炉之间大多配有温度调节装置。其中，工艺气在进入预变炉之前，首先经过一个预变炉的前置换热器，与一变炉出口的高温变换气换热以提高工艺气温度，工艺气预热后再进入预变炉。然而，随着生产负荷的不断提高以及在特殊工况下，这种换热方式存在诸多问题，主要体现在：新催化剂投用初期，变换活性高，反应放热量大，经过换热器换热后的工艺气温度过高，高温的工艺气进入预变炉，导致预变催化剂投用初期即在高温下运行，后续无法通过提温操作提高预变催化剂活性，影响预变催化剂和一变催化剂的使用寿命。
虽然一些装置在换热器两端配有含流量调节阀的副线，部分工艺气可不经过换热器换热进入预变炉，但副线的设计口径小流量往往偏小，在实际生产操作中，即使将流量调节阀全开，仍然无法有效降低进入预变炉的工艺气温度，无法发挥理想的调温作用。有些装置对换热器进行了改造和更换，但增加或者更换换热器存在费用高、耗时长、操作难度大、装置区空间受限等问题。
因此，发明一种可以灵活有效地用于调节预变炉和一变炉入口工艺气温度的CO变换反应工艺具有重要的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种调节变换系统温度的变换反应工艺，应用于带预变换装置的德士古水煤浆气化CO变换反应工艺中，在不改变工艺气水气比，不改变装置布局，不更换大型换热设备的前提下，无需在预变炉和一变炉之间配备换热设备，仅通过再增加一条工艺气副线，即可灵活有效地调节进入预变炉和一变炉的工艺气温度，使预变催化剂和一变催化剂在均衡的温度区间运行，延长预变催化剂和一变催化剂运行周期30％以上。
本发明所述的调节变换系统温度的变换反应工艺中，包括预变炉、一变炉、换热器及第一副线，第一副线是换热器主管路的支线，第一副线连接在换热器两侧的主管路上，换热器两侧的主管路上还设置与第一副线并联的第二副线；
所述变换反应工艺包含2-3个预变催化剂运行周期，1个预变催化剂运行周期结束后，更换预变催化剂开始下一个周期，2-3个预变催化剂运行周期结束后，更换一变催化剂；1个预变催化剂运行周期包括以下步骤：
A、预变催化剂运行初期：
开启第一副线和第二副线，提高未经换热器换热的工艺气比例，控制预变炉入口工艺气温度保持在露点温度以上15-25℃区间。
在预变催化剂运行初期，通过控制较低的入口温度，实现降低预变催化剂床层热点温度的目的，从而降低一变催化剂床层热点温度，防止预变催化剂床层和一变催化剂床层超温，发挥良好的变换活性。
B、预变催化剂运行中期：
关闭第一副线或第二副线，调节未经换热器换热的工艺气比例，控制预变炉入口工艺气温度保持在露点温度以上25-35℃区间。
在预变催化剂运行中期，保持预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度，发挥催化剂最佳活性，维持长周期运行。
C、预变催化剂运行后期：
关闭第一副线和第二副线，使工艺气完全经过换热器进入预变炉，控制预变炉入口工艺气温度保持在露点温度以上35-40℃区间。
在预变催化剂运行后期，提高预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度，发挥催化剂高温活性，延长运行周期。
优选的，所述的第一副线上设置第一流量调节阀。
优选的，所述的第二副线设置第二流量调节阀。
优选的，所述的换热器主管线上设置换热器阀门。
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，在不影响工艺气水气比前提下，通过控制进入预变炉的工艺气温度，将预变炉出口的工艺气温度调节至适宜温度，再进入一变换炉，实现预变炉和一变炉温度的调节，从而延长催化剂运行周期。
本发明可使一变催化剂使用寿命长达3-4年，记为一个大周期，可使预变换催化剂使用寿命长达1-2年，记为一个小周期。一个大周期中包含有2-3个小周期，随着预变催化剂的更换完成一个大周期，然后装置停车进行换剂检修。
在一个预变换催化剂使用寿命的小周期内，通过调节预变入口的工艺气温度，即可实现预变催化剂床层热点温度的有效控制，使预变炉出口的工艺气在合理的温度区间，预变出口工艺气不经过蒸汽换热器、水冷换热器、电加热器等换热设备，直接进入一变炉也可保证一变炉温度较为稳定。当预变换催化剂更换后，再重复一次这一个过程，直至一变催化剂大周期结束，延长预变催化剂和一变催化剂运行周期30％以上。
本发明的有益效果如下：
本发明在预变炉前置换热器两端的工艺气主管线第一副线的基础上，再增加一条工艺气第二副线，其目的主要是根据预变换催化剂和一变催化剂的不同运行阶段，通过控制未经预变炉前置换热器直接进入预变炉的工艺气比例，合理调节进入预变炉的工艺气温度，进而控制预变炉和一变炉催化剂床层的热点温度，发挥催化剂的最佳活性，延长催化剂运行周期。
本发明所述的调节变换系统温度的变换反应工艺投资低、易于实施、易于操作运行。能够在不改变工艺气水气比，不改变装置布局，不更换大型换热器设备的前提下，无需在预变炉和一变炉之间配备换热设备，仅需在气化工艺气进入预变炉的主管线上再增加一条工艺气副线，即可灵活有效地调节进入预变炉的工艺气温度，使变换催化剂在适宜的温度区间运行，从而延长预变催化剂和一变催化剂运行周期30％以上。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中：1、第一副线；2、第二副线；3、预变炉；4、一变炉；5、二变炉；6、第二流量调节阀；7、换热器；8、换热器阀门；9、第一流量调节阀。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
一种调节变换系统温度的变换反应工艺，其使用的装置包括预变炉3、一变炉4、换热器7及第一副线1，第一副线1是换热器7主管路的支线，第一副线1连接在换热器7两侧的主管路上，换热器7两侧的主管路上还设置与第一副线1并联的第二副线2。第一副线1上设置第一流量调节阀9。第二副线2设置第二流量调节阀6。换热器7主管线上设置换热器阀门8。
所述变换反应工艺包含2-3个预变催化剂运行周期，1个预变催化剂运行周期结束后，更换预变催化剂开始下一个周期，2-3个预变催化剂运行周期结束后，更换一变催化剂；1个预变催化剂运行周期包括以下步骤：
气化工艺气压力等级为6.5MPa，水气比为1.2，预变炉3和一变炉4均装填新鲜催化剂，装置开车运行后按如下步骤进行控制和操作：
A、预变催化剂运行初期：通过完全开启第一副线1和第二副线2，提高未经换热器7换热的工艺气比例，调节预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上15℃，预变炉3的入口温度约为250℃，预变催化剂床层热点温度为360℃左右，从而降低了预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度分别达45℃和10℃左右，防止了预变催化剂和一变催化剂超温。
B、预变催化剂运行中期：关闭第一副线1或第二副线2，调节未经换热器7换热的工艺气比例，控制预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上25℃，预变炉3的入口温度约为255℃左右，保持预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度，发挥催化剂最佳活性，维持长周期运行。
C、预变催化剂运行后期：关闭第一副线1和第二副线2，使工艺气完全通过换热器7，不走副线，控制预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上35℃，预变炉3的入口温度约270℃左右，提高预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度分别至370℃左右和420℃左右，发挥催化剂高温活性，延长运行周期。
通过合理调节预变炉3入口温度，在保证预变及一变出口CO含量达标的前提下，有效降低了催化剂的热点温度，有利于催化剂的活性稳定性。
实施例2
一种调节变换系统温度的变换反应工艺，其使用的装置包括预变炉3、一变炉4、换热器7及第一副线1，第一副线1是换热器7主管路的支线，第一副线1连接在换热器7两侧的主管路上，换热器7两侧的主管路上还设置与第一副线1并联的第二副线2。第一副线1上设置第一流量调节阀9。第二副线2设置第二流量调节阀6。换热器7主管线上设置换热器阀门8。
所述变换反应工艺包含2-3个预变催化剂运行周期，1个预变催化剂运行周期结束后，更换预变催化剂开始下一个周期，2-3个预变催化剂运行周期结束后，更换一变催化剂；1个预变催化剂运行周期包括以下步骤：
气化工艺气压力等级为6.5MPa，水气比为1.2，预变炉3和一变炉4均装填新鲜催化剂，装置开车运行后按如下步骤进行控制和操作：
A、预变催化剂运行初期：通过完全开启第一副线1和第二副线2，提高未经换热器7换热的工艺气比例，调节预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上20℃，预变炉3的入口温度约为255℃，预变催化剂床层热点温度为367℃，从而降低了预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度分别达40℃和10℃左右，防止了预变催化剂和一变催化剂超温。
B、预变催化剂运行中期：关闭第一副线1或第二副线2，调节未经换热器7换热的工艺气比例，控制预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上30℃，预变炉3的入口温度约为260℃左右，保持预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度，发挥催化剂最佳活性，维持长周期运行。
C、预变催化剂运行后期：关闭第一副线1和第二副线2，使工艺气完全通过换热器7，不走副线，控制预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上38℃，预变炉3的入口温度约273℃左右，提高预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度分别至373℃左右和421℃左右，发挥催化剂高温活性，延长运行周期。
通过合理调节预变炉3入口温度，在保证预变及一变出口CO含量达标的前提下，有效降低了催化剂的热点温度，有利于催化剂的活性稳定性。
实施例3
一种调节变换系统温度的变换反应工艺，其使用的装置包括预变炉3、一变炉4、换热器7及第一副线1，第一副线1是换热器7主管路的支线，第一副线1连接在换热器7两侧的主管路上，换热器7两侧的主管路上还设置与第一副线1并联的第二副线2。第一副线1上设置第一流量调节阀9。第二副线2设置第二流量调节阀6。换热器7主管线上设置换热器阀门8。
所述变换反应工艺包含2-3个预变催化剂运行周期，1个预变催化剂运行周期结束后，更换预变催化剂开始下一个周期，2-3个预变催化剂运行周期结束后，更换一变催化剂；1个预变催化剂运行周期包括以下步骤：
气化工艺气压力等级为6.5MPa，水气比为1.2，预变炉和一变炉均装填新鲜催化剂，装置开车运行后按如下步骤进行控制和操作：
A、预变催化剂运行初期：通过完全开启第一副线1和第二副线2，提高未经换热器7换热的工艺气比例，调节预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上25℃，预变炉3的入口温度约为260℃，预变催化剂床层热点温度为371℃，从而降低了预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度分别达35℃和10℃左右，防止了预变催化剂和一变催化剂超温。
B、预变催化剂运行中期：关闭第一副线1或第二副线2，调节未经换热器7换热的工艺气比例，控制预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上35℃，预变炉3的入口温度约为265℃左右，保持预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度，发挥催化剂最佳活性，维持长周期运行。
C、预变催化剂运行后期：关闭第一副线1和第二副线2，使工艺气完全通过换热器7，不走副线，控制预变炉3入口工艺气温度在露点温度以上40℃，预变炉3的入口温度约275℃左右，提高预变催化剂床层和一变催化剂床层热点温度分别至380℃左右和418℃左右，发挥催化剂高温活性，延长运行周期。
通过合理调节预变炉3入口温度，在保证预变及一变出口CO含量达标的前提下，有效降低了催化剂的热点温度，有利于催化剂的活性稳定性。

Claims (4)

1.一种调节变换系统温度的变换反应工艺，其使用的装置包括预变炉(3)、一变炉(4)、换热器(7)及第一副线(1)，第一副线(1)是换热器(7)主管路的支线，第一副线(1)连接在换热器(7)两侧的主管路上，其特征在于：换热器(7)两侧的主管路上还设置与第一副线(1)并联的第二副线(2)；
所述变换反应工艺包含2-3个预变催化剂运行周期，1个预变催化剂运行周期结束后，更换预变催化剂开始下一个周期，2-3个预变催化剂运行周期结束后，更换一变催化剂；1个预变催化剂运行周期包括以下步骤：
A、预变催化剂运行初期：
开启第一副线(1)和第二副线(2)，提高未经换热器(7)换热的工艺气比例，控制预变炉(3)入口工艺气温度保持在露点温度以上15-25℃区间；
B、预变催化剂运行中期：
关闭第一副线(1)或第二副线(2)，调节未经换热器(7)换热的工艺气比例，控制预变炉(3)入口工艺气温度保持在露点温度以上25-35℃区间；
C、预变催化剂运行后期：
关闭第一副线(1)和第二副线(2)，使工艺气完全经过换热器(7)进入预变炉(3)，控制预变炉(3)入口工艺气温度保持在露点温度以上35-40℃区间。
2.根据权利要求1所述的调节变换系统温度的变换反应工艺，其特征在于：第一副线(1)上设置第一流量调节阀(9)。
3.根据权利要求1所述的调节变换系统温度的变换反应工艺，其特征在于：第二副线(2)设置第二流量调节阀(6)。
4.根据权利要求1所述的调节变换系统温度的变换反应工艺，其特征在于：换热器(7)主管线上设置换热器阀门(8)。
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