CN109319733B - 配套甲醇合成的co变换工艺 - Google Patents

配套甲醇合成的co变换工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN109319733B
CN109319733B CN201811160883.7A CN201811160883A CN109319733B CN 109319733 B CN109319733 B CN 109319733B CN 201811160883 A CN201811160883 A CN 201811160883A CN 109319733 B CN109319733 B CN 109319733B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
heat exchange
steam
pressure
exchange tubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811160883.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109319733A (zh
Inventor
许仁春
涂林
亢万忠
吴艳波
吴宗城
傅晓欢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinopec Engineering Group Co Ltd
Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd
Sinopec Ningbo Technology Research Institute
Original Assignee
Sinopec Engineering Group Co Ltd
Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd
Sinopec Ningbo Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinopec Engineering Group Co Ltd, Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd, Sinopec Ningbo Technology Research Institute filed Critical Sinopec Engineering Group Co Ltd
Priority to CN201811160883.7A priority Critical patent/CN109319733B/zh
Publication of CN109319733A publication Critical patent/CN109319733A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109319733B publication Critical patent/CN109319733B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/12—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C01B3/16—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide using catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C01B2203/0288—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing two CO-shift steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/061—Methanol production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

本发明涉及到配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：粗煤气首先进入低压蒸汽发生器降温并分液调节水气比，分液后的粗煤气分为两股，一股约40％～45％作为非变换气，剩余作为第二股依次经过提温、脱毒后再次分股进入并联的气冷变换炉和等温变换炉分别进行等温变换，并回收热量，之后与第一股非变换气混合后作为合成气，控制合成气中H2与CO的摩尔比控制在2.1～2.3。本发明副产中压及低压过热蒸汽，气冷变换炉利用中压蒸汽作为冷媒。本发明仅采用多次分股的变换方法，流程短，变换炉尺寸小，无超温风险，副产中压蒸汽压力波动小，系统运行更稳定。

Description

配套甲醇合成的CO变换工艺
技术领域
本发明涉及到一氧化碳变换领域，具体指一种配套甲醇合成的CO变换工艺。
背景技术
进入二十一世纪以来，我国以煤为原料的化学工业得到快速发展，从荷兰引进的shell粉煤气化工艺开始，衍生开发了多种煤气化自主工艺，该类工艺制取的原料气中CO干基含量普遍较高，达60％以上，对于采用气化工艺制取合成气及下游C1化工产品的生产装置，一般需通过变换反应将原料气中的CO去除，该反应消耗水蒸汽制得H2，同时又把CO变为易于脱除的CO2。下游产品包括制氢、合成氨、制甲醇、合成油、煤制天然气等，而不同的下游产品对合成气中的CO含量要求不同，对应的变换反应深度及工艺亦不同。
一氧化碳变换为一种在催化剂作用下的强放热可逆反应，根据对反应热的移热方式不同，CO变换工艺分为绝热变换工艺和等温变换工艺。
目前国内高浓度CO变换多主要采用“多段绝热反应+段间热能回收”的方式设置流程，该工艺存在易超温、流程长、易设备多、投资大、能耗高、系统压降大、催化剂寿命短等问题。
近年来开发的等温变换工艺通过在变换炉内设置换热设备，以液体水为传热介质，吸热后水汽化为蒸汽，能够快速吸收变换反应热，维持催化剂床层温度稳定，进而实现变换装置的稳定运行。相比较传统绝热变换技术，等温变换工艺具有流程短、设备少、投资低、能量利用率高、易于大型化等特点，近年来受到了越来越多的关注。
但目前国内开发的如等温变换串绝热变换，由于高浓度的CO气体首先通过绝热变换炉，所以仍然没有解决高浓度CO绝热变换时出现的绝热变换炉超温、催化剂失活快等问题，无法实现高浓度CO变换装置的长周期稳定运行。又如双等温变换串联工艺，变换气都是全气量通过所有变换炉，设备尺寸大，造价高，制造运输困难，此外，国内外现有的等温变换炉，均配置有汽包副产中压蒸汽，但由于在变换反应中后期催化剂活性降低，在对变换炉提温操作时，必须提高副产蒸汽压力，以保证等温变换炉的热量移除，该蒸汽压力波动达2.5MPaG以上，对装置的蒸汽管网造成冲击，不利于系统稳定运行，且需相应提高中压蒸汽管网设计压力，增加了管道投资。
如申请号为201410439881.7的中国发明专利申请所公开的《一种高浓度CO原料气等温变换工艺》，该变换工艺采用一段绝热炉和一段等温变换的工序，首先，第一变换炉采用绝热变换炉，炉壁要承受高温高压的变换气，造成设备壁厚大，设备投资高；并且第一变换炉催化剂长期处于较高温度下运行，运行环境苛刻，催化剂寿命较短，更换频繁，操作费用高；同时，第一变换炉采用绝热炉，温度控制较困难，容易出现超温问题，对变换工序安全运行造成不利影响，存在安全隐患。另外，该二变等温变换炉副产4.0MPa蒸汽仅在在变换催化剂使用初期可以维持，在变换催化剂使用中期和后期，变换炉提温操作后，蒸汽需提压至6.5MPa方能满足等温炉移热需求，在此专利所要求的第一反应器入口水气比和温度下及产汽压力下，在变换催化剂使用的中后期，变换反应并不能稳定的进行。
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配套甲醇合成的CO变换工艺，能有效解决传统绝热变换炉超温、等温变换炉在催化剂中后期提温操作后中压蒸汽系统压力波动大的可变面积等温变换工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该配套甲醇合成的CO变换工艺，包括等温变换炉，所述等温变换炉中设有多根换热管，所述换热管的入口通过锅炉水管道连接汽包的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包的蒸汽入口；其特征在于：
所述换热管包括由多根第一换热管组成的第一换热管组和多根第二换热管组成对第二组换热管；各第一换热管的内腔横截面的面积之和为各第二换热管内腔的横截面的面积之和的15～60％；
各所述第一换热管的入口连接第一锅炉水管道，各所述第二换热管的入口连接第二锅炉水管道；所述第一锅炉水管道上设有阀门；第一锅炉水管道和第二锅炉水管道连接汽包的锅炉水出口；
上游煤气化工序送来的230℃～260℃，5.6MPaG～6.6MPaG，CO干基含量40v％～50v％的粗煤气降低至210℃～230℃，分离出液相后分为两股；占粗煤气总量40v％～45v％的第一股粗煤气作为非变换气直接送下游，剩余的55v％～60v％作为第二股粗煤气进入粗煤气预热器与变换气换热提温至250℃～265℃、水/干气摩尔比为0.6～0.8，然后进入脱毒槽脱毒，脱毒后的粗煤气分成第一支路和第二支路，分别进入等温变换炉和气冷变换炉；
占第二股粗煤气总量30v％～35v％的第一支路进入等温变换炉内进行等温变换，控制等温变换炉进出、口温升为30℃；等温变换炉出口变换气温度为280℃～295℃、CO干基含量3.5v％～5v％、水/干气摩尔比0.2～0.3；
汽包内的锅炉水同时进入第一组换热管和第二组换热管，与催化剂床层的反应热换热，生成4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压饱和蒸汽；
剩余的65v％～70v％的第二股粗煤气作为第二支路进入气冷变换炉进行变换；汽包内的中压饱和蒸汽和来自中压蒸汽发生器的中压饱和蒸汽作为取热介质进入气冷反应器，与催化剂床层的反应热换热，得到温度为400℃的中压过热蒸汽，送去蒸汽管网；气冷变换炉出口变换气温度为400℃～415℃、CO干基含量8v％～12v％、水/干气摩尔比0.25～0.35；气冷变换炉出口的变换气进入中压蒸汽发生器，与中压锅炉水换热，副产的压力4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的饱和中压蒸汽作为取热介质进入气冷变换炉；出气冷变换炉的变换气温度降至280℃～300℃，与等温变换炉出口变换气汇合；
汇合后的变换气进入粗煤气预热器74与第二股粗煤气换热至250～280℃，继续回收热量后与第一股粗煤气汇合，作为合成气送下游甲醇合成工序；控制合成气中H2与CO的摩尔比为2.1～2.3；
装置运行过程中，在线监测等温变换炉出口变换气CO干基体积含量，当等温变换炉出口变换气CO干基含量大于5v％时，将第二股粗煤气换热至265℃～280℃，脱毒后的第一支路和第二支路分别送至等温变换炉和气冷变换炉，并关闭第一锅炉水管道上的阀门，第一组换热管不工作，汽包内的锅炉水仅进入第二组换热管，第二组换热管内的锅炉水与催化剂床层的反应热换热，生成压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压饱和蒸汽返回所述汽包；等温变换炉出口变换气温度为295～310℃、CO干基含量3.5v％～5v％、水/干气摩尔比0.2～0.3；气冷变换炉出口变换气出口温度为415℃～430℃、CO干基含量8v％～12v％、水/干气摩尔比0.25～0.35。
较好的，出粗煤气预热器的温度为250～280℃的变换气进入低压蒸汽过热器冷却至220℃～250℃，然后进入2#低压蒸汽发生器，变换气冷却至200℃～230℃后与第一股粗煤气汇合；
低压锅炉水同时进入1#低压蒸汽发生器和2#低压蒸汽发生器，副产1.5MPaG低压饱和蒸汽，两股低压饱和蒸汽汇流后进入所述低压蒸汽过热器，过热至250℃后送管网。
上述工艺中所使用的可变面积等温变换炉可以使用现有技术中的任意一种。较好地，为进一步保证催化剂床层撤热的均匀性，避免局部飞温，上述各方案中，所述等温变换炉可以包括炉体和设置在所述炉体内的催化剂框，所述催化剂框的中部设有合成气收集管，合成气收集管的上端口封闭，下端口为变换气出口；
各所述第一换热管沿催化剂床层的径向方向呈放射状布置；各所述第二换热管沿所述炉体的径向方向呈放射状布置。
进一步地，各所述换热管在周向方向上在以所述催化剂框的轴线为中心的多个同心圆周线上均匀布置。
为保证关闭第一组换热管后，催化剂床层撤热的均匀性，各所述同心圆周线上均布置有所述的第二换热管。
作为上述各方案的进一步改进，各所述第二换热管在催化剂框的径向方向上分两个区域布置，其中第一区域靠近所述气体收集管，第二区域靠近所述催化剂框的外周缘；并且所述第一换热管和所述第二换热管在周向上依次交替布置。
作为优选，同一周线上相邻换热管之间的间距m控制在30～150mm，同一放射线上相邻换热管之间的间距n控制在30～150mm；
并且，m-n的绝对值为0～50mm。
优选m为30～150mm，n为30～50mm。
本发明在等温变换炉内设置有两组换热管，各组换热管能独立供给锅炉水，用于控制等温变换炉内的换热面积，在变换反应中后期催化剂活性降低时调节换热面积，从而避免副产中压蒸汽管网压力大幅波动，并维持转换率的恒定。
与现有绝热及等温变换流程相比，本发明的有点在于：
1、采用可变等面积变换炉，操作更灵活，尤其在变换反应中后期催化剂活性降低，进行提温后，副产中压蒸汽压力波动小，有利于系统稳定运行。
2、变换流程短，阻力小，节省后系统的压缩功，降低了能耗；
3、采用非变换气线分股流，可有效调节最终合成气组分，增加了变换装置控制手段，降低了参与变换的粗煤气气量，减小催化剂装填量及运行费用。
4、将气冷变换炉与可变面积等温变换炉并联，可有效减小了变换炉尺寸，减小设置制造及运输难度，节省了设备投资；
5、等温变换炉操作温度低，床层温度可控，避免高浓度CO变换的超温，催化剂运行环境更温和，使用寿命长，变换工序容易实现长周期稳定运行；
6、变换热充分利用，副产中压过热蒸汽及低压过热蒸汽，蒸汽品质更高。
7、本发明所提供的可变面积等温变换反应器，克服现有技术的偏见，将等温变换反应器设计成可变面积的等温变换反应器，设置了两组换热管，能够根据反应各阶段催化剂的活性要求改变撤热量，从而满足各阶段催化剂活性温度的要求，维持产率恒定，同时避免了现有技术中反应后期需要升高汽包和换热管内压力来提高反应温度的方法所导致的换热管壁厚增加、汽包壁厚增加以及配套管线及设备需要改变等问题，降低了设备投资，避免了前后期控制难的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程示意图；
图2为本发明实施例的纵向剖视图；
图3为本发明实施例的横向剖视图；
图4为图3中A部分的局部放大图；
图5为图3中B部分的局部放大图。
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至图5所示，本实施例中所使用的等温变换炉包括：
炉体10，为常规结构，包括上封头11、下封头12和连接在上封头11和下封头12之间的筒体13。
催化剂框20，用于装填催化剂，设置在筒体13内。催化剂框20可以根据需要选用现有技术中的任意一种，本实施例为径向反应器，原料气从催化剂框20的侧壁进入到催化剂框内。
合成气收集管30，用于收集合成气，并将合成气通过合成气管道33送出炉体10，设置在催化剂框20空腔内的中部位置，由多段筒体31依次可拆卸连接而成，本实施例中各筒体31之间通过法兰连接；筒体31的内侧壁上沿轴向方向依次间隔设有多个脚梯32。端盖可拆卸连接在合成气收集管30的上端口上，合成气收集管30的下端口连接合成气管道33。
换热管，设置在催化剂框20与合成气收集管30之间的催化剂床层中，包括由多根第一换热管41组成的第一换热管组以及由多根第二换热管42组成的第二换热管组。
为便于区别，在图3至图5中各第一换热管以实心圆表示，各第二换热管以空心圆表示。
本实施例中的各第一换热管41和各第二换热管42穿过催化剂床的部分均各自沿催化剂框20的径向方向呈放射状布置，各第二换热管42所在的放射线位置与对应位置上的各所述第一换热管41所在的放射线依次交错布置。
各换热管同时还在周向方向上在以所述催化剂框的轴线为中心的多个同心圆周线上均匀布置。
考虑到反应后期撤热的均匀性，本实施例中在整个催化剂床层的径向方向上由内而外的分为四个区域，其中靠近合成气收集管的第一区域仅布置有第二换热管42，第二区域内同时布置有第一换热管和第二换热管，并且同一周线上的第一换热管和第二换热管交替布置，第三区域内仅布置有第二换热管，靠近催化剂框的第四区域内同时布置有第一换热管41和第二换热管42，第一换热管和第二换热管的布置原则和第二区域的布置原则相同。
本实施例中，各换热管在周向方向上，相邻第一换热管之间的周向间距控制在30～100mm之间；加入第二换热管42后，相邻换热管之间的间距m控制在30～50mm之间。同一径线方向上，相邻换热管之间的间距n在30～50mm，并且m-n的绝对值控制在0～30mm之间。
各换热管之间的间距还可以根据管径以及催化剂的动力学方程，选用其它尺寸，m优选30～150mm，n优选30～50mm。
并且，各第一换热管41的内腔的横截面面积之和为各第二换热管42的内腔的横截面面积之和的30％。该比例可以根据所使用催化剂的动力学方程计算，控制在15～60％。
这样，在第一换热管41停用后，各第二换热管仍旧能够将催化剂床层中的热量均匀撤走。并且，在第一换热管启用时，由于各第一换热管大部分是靠近催化剂框的边缘设置，且设置在相邻的第二换热管的放射线之间，因此在催化剂活性较高的装置运行前期，第一换热管的布置填补了外周围相邻放射线上的第二换热管之间间距较大的问题，使得催化剂活性较高状态下能够均匀撤热。
各换热管呈放射状布置，还方便了催化剂卸料。检修时，对积结的催化剂块，工具可以从相邻放射线之间间隙中插入，以方便敲碎催化剂块；同时也方便了催化剂的装填，装填催化剂时，仅需简单地将催化剂从上方倒入催化剂框内，催化剂颗粒即会沿各换热管之间的间隙下落，并且因为这些间隙自上至下是畅通无阻碍的，因此催化剂下落过程中不会被阻挡，能够均匀地布满整个催化剂框的内腔。
进水管道，用于连接汽包和各换热管，包括第一锅炉水管道51和第二锅炉水管道52，第一锅炉水管道51上设有阀门55，第一锅炉水管道51连接第一管箱53，第二锅炉水管道52连接第二管箱54，各第一换热管的入口连接第一管箱53，各第二换热管的入口连接第二管箱54。为便于吸收膨胀应力，本实施例在第一锅炉水管道和第二锅炉水管道上均设置了膨胀节。
蒸汽管道包括连接汽包5的第一蒸汽连接管56和第二蒸汽连接管57，为吸收膨胀应力，在第一蒸汽连接管56和第二蒸汽连接管57上均设置了膨胀节；第一蒸汽连接管56连接第一蒸汽收集管58，第二蒸汽连接管57连接第二蒸汽收集管59，各第一换热管的出口连接第一蒸汽收集管57，各第二换热管的出口连接第二蒸汽收集管58。
从上游煤气化装置送来的温度242℃，压力6.3MPaG，CO干基含量44％的饱和态粗煤气首先进入1#低压蒸汽发生器回收热量，并副产1.5MPaG饱和低压蒸汽后，粗煤气温度降低至220℃，然后进入进料分液罐1进行气液分离以调节水气比，分离出液相的粗煤气分为两股，一股约43％的粗煤气作为非变换气直接送下游，另一股约57％的粗煤气进入粗煤气预热器74与变换后的变换气换热提温至250℃，水/干气摩尔比为0.7，然后进入脱毒槽2，有效地吸附和过滤粗煤气中的焦油、粉尘和砷等杂质和毒物，保护催化剂或水解剂免受毒物的损害，延长其使用寿命，保证等温变换炉的长周期运行。
较好地，所述1#低压蒸汽发生器可在管程设置粗煤气旁路用于调节粗煤气温度，进一步调节水气比。
脱毒后的粗煤气再次分成两股，分别进入等温变换炉3和气冷变换炉4，所述等温变换炉和气冷变换炉为并联。
第一股34％的粗煤气送等温变换炉4内进行等温变换，控制等温变换炉温升为30℃；出等温变换炉4的变换气温度为280℃，等温变换炉出口CO干基体积含量约为4％，水/干气摩尔比为0.23。
装置运行过程中，在线监测等温变换炉出口变换气中的CO干基含量。
随着装置的运行，催化剂活性降低，当CO干基体积含量大于5v％时，为维持恒定的转化率，需提升等温变换炉的操作温度，具体为：关闭第一锅炉水管道上的阀门，停止第一组换热管工作，仅第二组换热管工作。第一换热管组关闭后，相较于两组换热管组同时工作，换热面积减少了30％，通过减少换热面积，使催化剂床层温度维持在活性温度范围。
关闭第一组换热管的节点还可以根据催化剂的活性衰减周期进行判断，在催化剂活性达到半衰期时关闭第一组换热管。例如现有技术常用的催化剂为钴钼催化剂，其活性半衰期为3年，即可在装置运行满三年时关闭第一锅炉水管道上的控制阀55。
关闭第一组换热管后，汽包5内的锅炉水仅进入第二组换热管，第二组换热管内的锅炉水与催化剂床层的反应热换热，生成压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压饱和蒸汽返回所述汽包；
装置运行过程中，在线监测等温变换炉出口变换气CO干基体积含量，当等温变换炉出口变换气CO干基体积含量大于5％，等温变换炉入口变换气提温至280℃后送至等温变换炉，并关闭第一锅炉水管道上的阀门，第一组换热管不工作，汽包内的锅炉水仅进入第二组换热管，第二组换热管内的锅炉水与催化剂床层的反应热换热，生成压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压饱和蒸汽返回所述汽包；等温变换炉出口变换气的温度为310℃，CO干基体积含量为4％，水/干气摩尔比为0.23。
第二股66％的粗煤气进入气冷变换炉3进行变换，气冷反应器3的反应热用于过热中压饱和蒸汽，气冷变换炉3变换气出口温度约400℃，CO干基体积含量约为10％，水/干气摩尔比为0.29，气冷变换炉3出口的变换气进入中压蒸汽发生器75，副产4.0MPaG饱和中压蒸汽后，变换气温度降至280℃。
所述气冷变换炉3与等温变换炉4分别副产的4.0MPaG饱和中压蒸汽混合后，通过气冷反应器3过热，以带走气冷反应器的变换反应热，过热至400℃后送入管网。
所述等温变换炉4出口的变换气与所述气冷变换炉3中变换并副产中压蒸汽后的280℃变换气混合后，进入粗煤气预热器74预热粗煤气，变换气温度降至250℃，降温后的变换气送低压蒸汽过热器71，变换气进一步冷却至232℃，然后进入2#低压蒸汽发生器73，副产1.5MPaG饱和低压蒸汽，变换气再次降温至220℃，降温后的变换气与所述非变换气汇合，作为合成气送下游，最终合成气中的H2与CO的摩尔比控制在2.2，送下游甲醇合成装置。
2#低压蒸汽发生器73与1#低压蒸汽发生器副产1.5MPaG饱和低压蒸汽混合后进入低压蒸汽过热器71，被变换气过热至250℃后送管网。
对比例
以采用粉煤气化造气的合成甲醇装置为例，进入等温变换装置的有效气(H2+CO)约为85000Nm3/h，所有操作条件在于本发明一致，区别仅在于所采用的变换炉为普通等温变换炉，而本发明采用全新的可变面积等温变换炉，仅就变换炉及汽包系统主要参数进行对比见表1。
表1
Figure GDA0003366509760000081
由表1可以看出，对于粉煤气化造气的甲醇合成装置，本实施例所采用可变面积等温变换技术，等温变换炉副产中压蒸汽压力波动明显降低，汽包的设计压力，锅炉水管网及中压蒸汽管网设计压力，变换炉设计压力均有较大的降低，使设备设计厚度减小，设备投资明显降低，设备及管路直接投资可降低约120万元，同时，相对于对比例的蒸汽管网压力在大范围内波动，本发明所产蒸汽管网压力更加稳定，有利于装置操作和蒸汽管网及装置的长期稳定运行。

Claims (8)

1.配套甲醇合成的CO变换工艺，包括等温变换炉，所述等温变换炉中设有多根换热管，所述换热管的入口通过锅炉水管道连接汽包的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包的蒸汽入口；其特征在于：
所述换热管包括由多根第一换热管组成的第一换热管组和多根第二换热管组成对第二组换热管；各第一换热管的内腔横截面的面积之和为各第二换热管内腔的横截面的面积之和的15～60％；
各所述第一换热管的入口连接第一锅炉水管道，各所述第二换热管的入口连接第二锅炉水管道；所述第一锅炉水管道上设有阀门；第一锅炉水管道和第二锅炉水管道连接汽包的锅炉水出口；
上游煤气化工序送来的230℃～260℃，5.6MPaG～6.6MPaG，CO干基含量40v％～50v％的粗煤气降低至210℃～230℃，分离出液相后分为两股；占粗煤气总量40v％～45v％的第一股粗煤气作为非变换气直接送下游，剩余的55v％～60v％作为第二股粗煤气进入粗煤气预热器与变换气换热提温至250℃～265℃、水/干气摩尔比为0.6～0.8，然后进入脱毒槽脱毒，脱毒后的粗煤气分成第一支路和第二支路，分别进入等温变换炉和气冷变换炉；
占第二股粗煤气总量30v％～35v％的第一支路进入等温变换炉内进行等温变换，控制等温变换炉进出、口温升为30℃；等温变换炉出口变换气温度为280℃～295℃、CO干基含量3.5v％～5v％、水/干气摩尔比0.2～0.3；
汽包内的锅炉水同时进入第一组换热管和第二组换热管，与催化剂床层的反应热换热，生成4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压饱和蒸汽；
剩余的65v％～70v％的第二股粗煤气作为第二支路进入气冷变换炉进行变换；汽包内的中压饱和蒸汽和来自中压蒸汽发生器的中压饱和蒸汽作为取热介质进入气冷反应器，与催化剂床层的反应热换热，得到温度为400℃的中压过热蒸汽，送去蒸汽管网；气冷变换炉出口变换气温度为400℃～415℃、CO干基含量8v％～12v％、水/干气摩尔比0.25～0.35；气冷变换炉出口的变换气进入中压蒸汽发生器，与中压锅炉水换热，副产的压力4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的饱和中压蒸汽作为取热介质进入气冷变换炉；出气冷变换炉的变换气温度降至280℃～300℃，与等温变换炉出口变换气汇合；
汇合后的变换气进入粗煤气预热器与第二股粗煤气换热至250～280℃，继续回收热量后与第一股粗煤气汇合，作为合成气送下游甲醇合成工序；控制合成气中H2与CO的摩尔比为2.1～2.3；
装置运行过程中，在线监测等温变换炉出口变换气CO干基体积含量，当等温变换炉出口变换气CO干基含量大于5v％时，将第二股粗煤气换热至265℃～280℃，脱毒后的第一支路和第二支路分别送至等温变换炉和气冷变换炉，并关闭第一锅炉水管道上的阀门，第一组换热管不工作，汽包内的锅炉水仅进入第二组换热管，第二组换热管内的锅炉水与催化剂床层的反应热换热，生成压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压饱和蒸汽返回所述汽包；等温变换炉出口变换气温度为295～310℃、CO干基含量3.5v％～5v％、水/干气摩尔比0.2～0.3；气冷变换炉出口变换气出口温度为415℃～430℃、CO干基含量8v％～12v％、水/干气摩尔比0.25～0.35。
2.根据权利要求1所述的配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于出粗煤气预热器的温度为250～280℃的变换气进入低压蒸汽过热器冷却至220℃～250℃，然后进入2#低压蒸汽发生器，变换气冷却至200℃～230℃后与第一股粗煤气汇合；
低压锅炉水同时进入1#低压蒸汽发生器和2#低压蒸汽发生器，副产1.5MPaG低压饱和蒸汽，两股低压饱和蒸汽汇流后进入所述低压蒸汽过热器，过热至250℃后送管网。
3.根据权利要求1或2所述的配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于所述等温变换炉包括炉体和设置在所述炉体内的催化剂框，所述催化剂框的中部设有合成气收集管，合成气收集管的上端口封闭，下端口为变换气出口；
各所述第一换热管沿催化剂床层的径向方向呈放射状布置；各所述第二换热管沿所述炉体的径向方向呈放射状布置。
4.根据权利要求3所述的配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于各所述换热管在周向方向上在以所述催化剂框的轴线为中心的多个同心圆周线上均匀布置。
5.根据权利要求4所述的配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于各所述同心圆周线上均布置有所述的第二换热管。
6.根据权利要求5所述的配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于而各所述第二换热管在催化剂框的径向方向上分两个区域布置，其中第一区域靠近所述合成气收集管，第二区域靠近所述催化剂框的外周缘；并且所述第一换热管和所述第二换热管在周向上依次交替布置。
7.根据权利要求6所述的配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于同一周线上相邻换热管之间的间距m控制在30～150mm，同一放射线上相邻换热管之间的间距n控制在30～150mm；
并且，m-n的绝对值为0～50mm。
8.根据权利要求7所述的配套甲醇合成的CO变换工艺，其特征在于m为30～150mm，n为30～50mm。
CN201811160883.7A 2018-09-30 2018-09-30 配套甲醇合成的co变换工艺 Active CN109319733B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811160883.7A CN109319733B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 配套甲醇合成的co变换工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811160883.7A CN109319733B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 配套甲醇合成的co变换工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109319733A CN109319733A (zh) 2019-02-12
CN109319733B true CN109319733B (zh) 2022-04-08

Family

ID=65265623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811160883.7A Active CN109319733B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 配套甲醇合成的co变换工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109319733B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110357040A (zh) * 2019-08-29 2019-10-22 陕西聚能新创煤化科技有限公司 煤气化制甲醇变换系统及变换方法
CN110898769B (zh) * 2019-10-24 2022-06-10 中石化宁波工程有限公司 一种配套粉煤气化工艺的多联产等温变换工艺及等温变换炉
CN110921621B (zh) * 2019-10-24 2023-04-07 中石化宁波工程有限公司 一种配套粉煤气化的低水汽比多联产等温变换工艺及等温变换炉
CN110790228B (zh) * 2019-10-24 2023-03-14 中石化宁波工程有限公司 一种联产合成气及氢气的等温变换工艺及等温变换炉
CN110921617B (zh) * 2019-10-24 2023-03-14 中石化宁波工程有限公司 一种配套粉煤气化的等温变换并联气冷变换制合成气工艺及等温变换炉
CN110921620B (zh) * 2019-10-24 2023-04-04 中石化宁波工程有限公司 一种配套粉煤气化的等温变换并联绝热变换制合成气工艺及等温变换炉
CN110790227B (zh) * 2019-10-24 2023-03-24 中石化宁波工程有限公司 一种配套水煤浆气化装置的等温变换制氢方法及等温变换炉
CN110925722B (zh) * 2019-10-24 2022-04-01 中石化宁波工程有限公司 一种配套煤化工装置的等温变换工艺及等温变换炉
CN111086972B (zh) * 2019-10-24 2023-04-07 中石化宁波工程有限公司 一种配套粉煤气化的co等温变换工艺及等温变换炉
CN111115573B (zh) * 2019-10-24 2023-06-06 中石化宁波工程有限公司 一种配套水煤浆气化工艺的多联产等温变换工艺及等温变换炉
CN111115574B (zh) * 2019-10-24 2023-05-05 中石化宁波工程有限公司 一种联产合成气及氢气的co变换工艺及等温变换炉
CN110921619B (zh) * 2019-10-24 2023-06-06 中石化宁波工程有限公司 一种配套粉煤气化的多股流co等温变换工艺及等温变换炉
CN111268645B (zh) * 2020-01-21 2022-04-08 华烁科技股份有限公司 一种含有co的原料气变换及热回收方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7074373B1 (en) * 2000-11-13 2006-07-11 Harvest Energy Technology, Inc. Thermally-integrated low temperature water-gas shift reactor apparatus and process
CN101704513A (zh) * 2009-08-13 2010-05-12 上海国际化建工程咨询公司 分流式等温耐硫变换工艺及其设备
CN103881767A (zh) * 2014-03-24 2014-06-25 中石化宁波工程有限公司 一种饱和塔循环co变换工艺
CN104340958A (zh) * 2013-07-30 2015-02-11 航天长征化学工程股份有限公司 一种粉煤加压气化获得的高co粗煤气变换工艺
CN104709875A (zh) * 2015-03-11 2015-06-17 中国五环工程有限公司 高浓度一氧化碳等温变换工艺及其系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103435006B (zh) * 2013-08-20 2015-04-08 湖南安淳高新技术有限公司 一种高co高变换率等温变换反应器及其工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7074373B1 (en) * 2000-11-13 2006-07-11 Harvest Energy Technology, Inc. Thermally-integrated low temperature water-gas shift reactor apparatus and process
CN101704513A (zh) * 2009-08-13 2010-05-12 上海国际化建工程咨询公司 分流式等温耐硫变换工艺及其设备
CN104340958A (zh) * 2013-07-30 2015-02-11 航天长征化学工程股份有限公司 一种粉煤加压气化获得的高co粗煤气变换工艺
CN103881767A (zh) * 2014-03-24 2014-06-25 中石化宁波工程有限公司 一种饱和塔循环co变换工艺
CN104709875A (zh) * 2015-03-11 2015-06-17 中国五环工程有限公司 高浓度一氧化碳等温变换工艺及其系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN109319733A (zh) 2019-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109319733B (zh) 配套甲醇合成的co变换工艺
CN109052319B (zh) 配套甲醇合成的高co变换工艺
CN109264668B (zh) 配套甲醇合成的co变换工艺
CN109319734B (zh) 一种配套甲醇合成的co变换工艺
CN109081346B (zh) 一种配套甲醇合成的高co等温变换工艺
CN110550601B (zh) 一种用于高浓度co原料气的变换工艺
CN110550602B (zh) 一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳可控半等温变换工艺
CN110790223B (zh) 一种配套水煤浆气化装置的变换制氢方法及等温变换炉
CN104709875A (zh) 高浓度一氧化碳等温变换工艺及其系统
CN204454563U (zh) 高浓度一氧化碳等温变换系统
CN109054908B (zh) 一种配套粉煤气化的等温变换工艺
CN110790227B (zh) 一种配套水煤浆气化装置的等温变换制氢方法及等温变换炉
CN109279573B (zh) 一种配套水煤浆气化的等温变换工艺
CN109181782B (zh) 一种配套水煤浆气化的气冷并水冷等温变换工艺
CN110877896B (zh) 一种配套粉煤气化装置的等温变换制氢方法及等温变换炉
CN109279574B (zh) 一种配套水煤浆气化的绝热并等温co变换工艺
CN109280568B (zh) 一种配套粉煤气化的等温变换工艺
CN110803677B (zh) 一种双汽包等温变换制氢方法及等温变换炉
CN111115574B (zh) 一种联产合成气及氢气的co变换工艺及等温变换炉
CN110803681B (zh) 一种配套水煤浆气化的气冷变换串联等温变换制氢工艺及等温变换炉
CN111086972B (zh) 一种配套粉煤气化的co等温变换工艺及等温变换炉
CN110790228B (zh) 一种联产合成气及氢气的等温变换工艺及等温变换炉
CN110921619B (zh) 一种配套粉煤气化的多股流co等温变换工艺及等温变换炉
CN110898769B (zh) 一种配套粉煤气化工艺的多联产等温变换工艺及等温变换炉
CN110921621B (zh) 一种配套粉煤气化的低水汽比多联产等温变换工艺及等温变换炉

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant