CN112047299A - 煤气的co变换工艺及变换装置 - Google Patents

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CN112047299A CN202010962658.6A CN202010962658A CN112047299A CN 112047299 A CN112047299 A CN 112047299A CN 202010962658 A CN202010962658 A CN 202010962658A CN 112047299 A CN112047299 A CN 112047299A
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Abstract

本发明涉及一种煤气的CO变换工艺及变换装置。煤气的CO变换工艺中，先对粗煤气进行水气调节处理，使得到的预处理煤气的水气比控制在(0.32～0.5):1；然后将具有特定水气比的预处理煤气进行绝热变换处理，在绝热变换处理过程中，具有特定水气比的预处理煤气在反应过程由于变换平衡的限制，使在绝热变换处理过程中产生的高热煤气的温度不会超出催化剂的操作温度，从而提高了催化剂的使用寿命和变换效率；进一步将绝热变换处理得到高热煤气进行等温变换处理，从而制得能满足甲醇合成时的碳氢比的变换气。

Description

煤气的CO变换工艺及变换装置
技术领域
本发明涉及水煤气变换的技术领域，特别是涉及一种煤气的CO变换工艺及变换装置。
背景技术
由于我国“贫油少气”的能源结构，以煤为原料的化工技术得到快速发展，近年来，技术人员开发了多种煤气化技术。其中，粉煤气化中一氧化碳干基含量高达70％，对于合成甲醇来，需要通过煤气变换工艺将煤气中的CO干基含量降至18％～20％，如此才能满足采用煤气合成甲醇时对碳氢比的要求。
传统合成甲醇的配套煤气变换工艺有等温变换、绝热变换工艺或绝热变换与等温变换相结合等变换工艺。然而，传统的绝热变换工艺或绝热变换和等温变换相结合的变换工艺中，绝热段出口温度接近480℃，从而会致使催化剂烧结失活；而采用等温变换工艺是通过利用饱和水相变移热来控制整个反应温度，使得整个变换工艺中的床层温度在200℃～260℃。相较于传统的绝热变换工艺而言，等温变换工艺中催化剂的使用寿命长，但等温变换工艺的变换效率低，同时该工艺只能产生中低压饱和蒸汽，无法产生过热蒸汽，在工业应用上具有局限性。
因此，研发一种催化剂的使用寿命长、且变换效率高的煤气的CO变换工艺具有十分重要的现实意义。
发明内容
基于此，本发明提供了一种催化剂的使用寿命长、变换效率高的煤气的CO变换工艺及煤气变换装置。
本发明的技术方案如下。
本发明的一方面提供了一种煤气的CO变换工艺，包括以下步骤：
将粗煤气进行水气调节处理，得到水气比为(0.32～0.5):1的预处理煤气；
将所述预处理煤气进行绝热变换处理，得到高热煤气；及
将所述高热煤气进行等温变换处理，得到变换气。
在其中一些实施例中，所述高热煤气的温度为410℃～450℃。
在其中一些实施例中，所述等温变换处理的温度为200℃～260℃。
在其中一些实施例中，在将所述高热煤气进行所述等温变换处理步骤之前，还包括以下步骤：
将所述高热煤气进行降温处理，得到过热蒸汽。
在其中一些实施例中，所述等温变换处理的步骤还得到中低压饱和蒸汽；所述煤气的CO变换工艺还包括以下步骤：
对所述中低压饱和蒸汽进行加热处理，得到过热蒸汽。
在其中一些实施例中，所述等温变换处理的步骤还得到中低压饱和蒸汽；所述煤气的CO变换工艺还包括以下步骤：
将所述中低压饱和蒸汽与所述高热煤气进行热交换，以使将所述高热煤气放热得到过热蒸汽，及使所述中低压饱和蒸汽吸热得到过热蒸汽。
在其中一些实施例中，所述绝热变换处理和/或所述等温变换处理采用的催化剂为钴钼催化剂。
在其中一些实施例中，所述变换气中的CO干基含量为18％～22％。
本发明的另一方面提供一种甲醇的制备方法，包括如下步骤：
采用上述的煤气的CO变换工艺制备变换气；
将所述变换气转化成甲醇。
本发明还提供一种煤气的CO变换装置，其特征在于，包括：
变换废锅，用于对粗煤气进行水气调节处理；
绝热变换炉，所述绝热变换炉的煤气进口与所述变换废锅的煤气出口连接，且用于进行绝热变换处理；
等温变换炉，所述等温变换炉的煤气进口与所述绝热变换炉的煤气出口连接，且用于进行等温变换处理。
在其中一些实施例中，所述煤气的CO变换装置还包括蒸汽过热器，所述蒸汽过热器位于所述绝热变换炉的煤气出口与所述等温变换炉的煤气进口之间的连接管路上，用于对所述绝热变换炉产生的高热煤气进行降温处理以得到过热蒸汽。
在其中一些实施例中，所述煤气的CO变换装置还包括蒸汽循环管路，所述蒸汽循环管路的一端与所述等温变换炉的蒸汽出气口连通，另一端与所述蒸汽过热器的蒸汽进气口连通。
在其中一些实施例中，所述蒸汽过热器具有能够进行传热的第一传热腔和第二传热腔，所述第一传热腔与所述绝热变换炉的煤气出口和所述等温变换炉的煤气进口连通，所述第二传热腔与所述等温变换炉的蒸汽出气口连通。
有益效果
本发明的煤气的CO变换工艺中，首先对粗煤气进行水气调节处理，使得到的预处理煤气的水气比控制在(0.32～0.5):1；然后将具有特定水气比的预处理煤气进行绝热变换处理，在绝热变换处理过程中，具有特定水气比的预处理煤气在反应过程由于变换平衡的限制，使在绝热变换处理过程中产生的高热煤气的温度不会超出催化剂的操作温度，从而提高了催化剂的使用寿命和变换效率；进一步将绝热变换处理得到高热煤气进行等温变换处理，高热煤气在等温处理阶段进一步进行变换反应，达到一定的变换深度，从而制得能满足甲醇合成时的碳氢比的变换气。
当预处理煤气的水气比控制在高于0.5:1时，尽管可以达到一定的变换深度，但是在绝热处理阶段容易剧烈放热，导致绝热变换处理过程中的温度超过催化剂的操作温度，降低了变换效率及催化剂的使用寿命；当预处理煤气的水气比控制在低于0.32:1时，无法达到一定的变换深度，无法得到能满足甲醇合成时的碳氢比的变换气；同时当预处理煤气的水气比控制在低于0.30:1时，极其容易发生甲烷化副反应，导致催化剂飞温，从而降低了变换效率及催化剂的使用寿命。
同时，具有特定水气比的预处理煤气经过绝热变换处理，得到的高热煤气，进一步将高热煤气进行降温处理，可以得到过热蒸汽。过热蒸汽具有低压高热煤气的特点，在实际生产过程中可以用来作为化工工艺生产时的热源。
附图说明
图1为实施例1中的煤气的CO变换装置的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
本发明的技术人员在基于自身多年在水煤气变换工艺领域从业积累的经验，并通过大量的实验，创造性地提出本发明中能提高催化剂的使用寿命长、且变换效率高的煤气的CO变换工艺及煤气变换装置。
本发明一实施方式提供了一种煤气的CO变换工艺，包括以下步骤S10～S30。
步骤S10、将粗煤气进行水气调节处理，得到水气比为(0.32～0.5):1的预处理煤气。
在其中一些实施例中，步骤S10中采用低压废锅对粗煤气进行水气调节处理，将粗煤气的水气比降低，得到水气比为(0.32～0.5):1的预处理煤气。同时副产0.5MPaG的低压饱和蒸汽。
进一步地，步骤S10还包括对预处理煤气进行水分离处理的步骤；具体地，将预处理煤气经水分离器进行水分离处理，分离出其中的冷凝水。
步骤S20、将步骤S10获得的预处理煤气进行绝热变换处理，得到高热煤气。
步骤S30、将将步骤S30获得高热煤气进行等温变换处理，得到变换气。
上述煤气的CO变换工艺中，首先对粗煤气进行水气调节处理，使得到的预处理煤气的水气比控制在(0.32～0.5):1；然后将具有特定水气比的预处理煤气进行绝热变换处理，在绝热变换处理过程中，具有特定水气比的预处理煤气在反应过程由于变换平衡的限制，使在绝热变换处理过程中得到的高热煤气的温度不会超出催化剂的操作温度，从而提高了催化剂的使用寿命和变换效率；进一步将绝热变换处理得到高热煤气进行等温变换处理，高热煤气在等温处理阶段进一步进行变换反应，达到一定的变换深度，从而制得能满足甲醇合成时的碳氢比的变换气。
当预处理煤气的水气比控制在高于0.5时，尽管可以达到一定的变换深度，但是在绝热处理阶段容易剧烈放热，导致绝热变换处理过程中得到的高热煤气的温度超过催化剂的操作温度，从而催化剂失活，降低了变换效率及催化剂的使用寿命；当预处理煤气的水气比控制在低于0.32时，无法得到能满足甲醇合成时的碳氢比的变换气。
在其中一些实施例中，步骤S20中获得的高热煤气的温度为410℃～450℃。
具有特定水气比的预处理煤气在反应过程由于变换平衡的限制，得到的高热煤气的温度低于催化剂的操作温度，从而保证了催化剂的活性，提高了变换效率及催化剂的使用寿命。
在其中一些实施例中，步骤S30中，等温变换处理的温度为200℃～260℃。
控制温变换处理的温度为200℃～260℃，使高热煤气在温变换示例过程中达到一定的变换的深度，使得到的变换气的碳氢比能满足甲醇合成的要求。
在其中一些实施例中，在将上述高热煤气进行上述等温变换处理步骤之前，还包括以下步骤S21。
步骤S21、将上述高热煤气进行降温处理，得到过热蒸汽。
经步骤S10制得具有特定水气比的预处理煤气，经过步骤S20中的绝热变换处理后，得到的高热煤气中携带高热煤气，进一步将高热煤气进行降温处理，可以得到过热蒸汽。过热蒸汽具有低压高热煤气的特点，在实际生产过程中可以用来作为化工工艺生产时的热源。
在其中一些实施例中，步骤S30中的等温变换处理的步骤还得到中低压饱和蒸汽；进一步地，变换工艺还包括以下步骤S31。
步骤S31、对中低压饱和蒸汽进行加热处理，得到过热蒸汽。
进一步地，步骤S30中的等温变换处理的步骤还得到中低压饱和蒸汽；上述煤气的CO变换工艺还包括以下步骤：
将中低压饱和蒸汽与步骤S20获得的高热煤气进行热交换，以使将高热煤气放热得到过热蒸汽，及使中低压饱和蒸汽吸热得到过热蒸汽。
可理解，上述将高热煤气进行降温处理的步骤S21和上述对中低压饱和蒸汽进行加热处理的步骤S31可在同一热交换装置中两个互相独立但能够进行热交换的传热腔室中进行，此时两者之间可以进行热交换，高热煤气能提供中低压饱和蒸汽加热时所需的部分热量，热交换过程中高热煤气放热降温，释放过热蒸汽，同时中低压饱和蒸汽吸收高热煤气释放的热量，生成过热蒸汽。如此，既节约了资源，还制得了工业生产所需的过热蒸汽。
需要说明的是，上述绝热变换处理和/或等温变换处理采用的催化剂可为煤气变换工艺领域常用的催化剂，包括但不限于如下催化剂种类：
铜催化剂
如活性高而缺陷少的CuO/ZnO系催化剂，在这类催化剂中一般具有第三组分，人们常常采用以CuO、ZnO、Al2O3为主要组份的铜催化剂。
负载金超微粒子催化剂
负载型金催化剂的突出特点是具有较高的低温催化活性、较好的抗中毒性和稳定性。超微颗粒金被负载于载体上，从而形成粒度很小的金颗粒，这种小的颗粒很容易吸附简单分子，从而催化反应进行。
钴钼系催化剂
通常采用的主要载体为：Al2O3、Al2O3/MgO。此类催化剂具有突出的耐硫性能。
在其中一些实施例中，步骤S20中，绝热变换处理和/或等温变换处理采用的催化剂为钴钼催化剂。
在其中一些实施例中，步骤S20中，在将预处理煤气进行绝热变换处理之前，还包括将预处理煤气依次进行预热和净化的步骤。
具体地，预处理煤气经换热器进行热量交换，将预处理煤气的温度提高至高于其露点温度20℃～40℃。进一步地，预热后的煤气经净化炉进行净化处理，脱除预处理煤气中的粉尘和As、Cl、P等有害杂质，避免预处理煤气中携带的粉尘及As、Cl、P等有害杂质对变换过程中的催化剂产生副作用，从而降低变换效率。
在其中一些实施例中，步骤S20中获得的变换气中的CO干基含量为18％～22％。该变换气可用于合成甲醇。
在其中一些实施例中，上述煤气的CO变换工艺还包括如下步骤S40。
步骤S40、对步骤S30获得的变换气依次进行降温处理和水分离处理。
可理解，步骤S40中变换气的降温处理和步骤预处理煤气的预热处理可在同一热交换装置中进行。具体地，步骤S40中，将S30获得的变换气与预处理煤气进行逆向热交换，从而对预处理煤气进行预热，变换气的温度降低。进一步地，变换气与锅炉水进行逆向热交换，变换气经热交换后放热，温度进一步降低，同时经热交换后的锅炉水吸热温度升高，可作为步骤S20中等温换热处理时的给水。再进一步地，变换气经脱盐水预热器、冷却器冷却至40℃，进入进行甲醇合成的下一工序。
进一步地，本发明一实施方式还提供了甲醇的制备方法，包括以下步骤S50～S60。
步骤S50、采用上述煤气的CO变换工艺制备变换气。
上述煤气的CO变换工艺中，首先对粗煤气进行水气调节处理，使得到的预处理煤气的水气比控制在(0.32～0.5):1；然后将具有特定水气比的预处理煤气进行绝热变换处理，在绝热变换处理过程中，具有特定水气比的预处理煤气在反应过程中放热温和，使在绝热变换处理过程中得到的高热煤气的温度不会超出催化剂的操作温度，从而提高了催化剂的使用寿命和变换效率；进一步将绝热变换处理得到高热煤气进行等温变换处理，高热煤气在等温处理阶段进一步进行变换反应，从而能获得满足甲醇合成时的碳氢比的变换气。
步骤S60、将步骤S50获得的变换气转化成甲醇。
具体地，变换气中的CO和氢气在催化剂的作用下转换成甲醇和水。具体地，步骤S60所用的催化剂可选择常用的甲醇合成催化剂，如工业用铜基甲醇合成催化剂，是以CuO、ZnO、Al2O3为主要组份的铜催化剂。
在其中一些实施例中，步骤S60包括将步骤S61～S62。
步骤S61、将步骤S50获得的变换气进行脱CO2处理。
步骤S62、将步骤S61中脱CO2后的变换气进行甲醇合成反应，得到甲醇。
请参阅图1，本发明一实施方式还提供了煤气的CO变换装置。可理解，上述煤气的CO变换工艺可采用本发明的煤气的CO变换装置进行。
该煤气的CO变换装置包括变换废锅101，变换废锅101用于对粗煤气进行水气调节处理。
在其中一些实施例中，变换废锅101采用低压废锅。
绝热变换炉102，绝热变换炉102的煤气进口与变换废锅101的煤气出口连接，且绝热变换炉102用于进行绝热变换处理。
等温变换炉103，等温变换炉103的煤气进口与绝热变换炉102的煤气出口连接，且等温变换炉103用于进行等温变换处理；
本发明的煤气的CO变换装置中，变换废锅101对粗煤气进行水气调节处理，使得到的预处理煤气的水气比控制在特定范围；绝热变换炉102然后将具有特定水气比的预处理煤气进行绝热变换处理，在绝热变换处理过程中，具有特定水气比的预处理煤气在反应过程由于变换平衡的限制，使在绝热变换处理过程中的温度不会超出催化剂的操作温度，从而提高了催化剂的使用寿命和变换效率；等温变换炉103进一步对绝热变换处理得到高热煤气进行等温变换处理，高热煤气在等温处理阶段进一步进行变换反应，达到一定的变换深度，从而制得能满足甲醇合成时的碳氢比的变换气。
可理解，变换废锅101上还设有粗煤气进口C。
在其中一些实施例中，变换废锅101上还设有蒸汽出口B。变换废锅101对粗煤气进行水气调节时，还产生了低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽从蒸汽出口B排出。
在其中一些实施例中，煤气的CO变换装置还包括蒸汽过热器104，蒸汽过热器104位于绝热变换炉102的煤气出口与等温变换炉13的煤气进口之间的连接管路上，蒸汽过热器104用于对绝热变换炉102产生的高热煤气进行降温处理以得到过热蒸汽。
在其中一些实施例中，等温变换炉103的蒸汽出气口与蒸汽过热器104的蒸汽进气口连接。进一步地，煤气的CO变换装置还包括蒸汽循环管路111，蒸汽循环管路111的一端与等温变换炉103的蒸汽出气口连通，另一端与蒸汽过热器104的蒸汽进气口连通，从而将等温变换炉103的蒸汽出气口与蒸汽过热器104的蒸汽进气口连接起来。
进一步的，蒸汽过热器104具有能够进行传热的第一传热腔和第二传热腔，第一传热腔与绝热变换炉102的煤气出口和等温变换炉103的煤气进口连通，第二传热腔与等温变换炉103的蒸汽出气口连通。具体地，第一传热腔和第二传热腔之间采用能够传热的材质隔开，形成相互独立但能进行热交换的两个空间。
等温变换炉103中产生的中低压饱和蒸汽通过蒸汽循环管路111进入蒸汽过热器104的第二传热腔中；从绝热变换炉102中出来的高热煤气进入第一传热腔中，两者进行热交换，高热煤气放热降温，释放得到过热蒸汽，同时中低压饱和蒸汽吸收高热煤气释放地热量，升温得到过热蒸汽。如此，既节约了资源，还制得了工业生产所需的过热蒸汽。
进一步的，蒸汽过热器104上设有过热蒸汽出口A，过热蒸汽通过过热蒸汽出口A排出，可以用来作为其他化工工艺生产时的热源。
在其中一些实施例中，变换装置还包括换热器106和净化炉107；换热器106的煤气进口与变换废锅101的煤气出口连接，换热器106的煤气出口与净化炉107的煤气进口连接，净化炉106的煤气出口与绝热变换炉102的煤气进口连接。
换热器106用于对预处理煤气预热，将预处理煤气的温度提高至高于其露点温度20℃～40℃。进一步地，预热后的煤气经净化炉107进行净化处理，脱除预处理煤气中的粉尘和As、Cl、P等有害杂质，避免预处理煤气中携带的粉尘及As、Cl、P等有害杂质对变换过程中的催化剂产生副作用，从而降低变换效率。
在其中一些实施例中，等温变换炉103的变换气出口与换热器106的变换气进口连接，进一步地，煤气的CO变换装置还包括变换气输送管道112，变换气输送管道的一端与等温变换炉103的变换气出口连通，另一端与换热器106的变换气进口连接；更进一步地，换热器106具有能够进行传热的变换气传热腔和煤气传热腔，变换气传热腔与等温变换炉103的变换气出口和换热器106的变换气进口连通，煤气传热腔与变换废锅101的煤气出口和换热器106煤气出口连通。
具体地，变换气传热腔和煤气传热腔之间采用能够传热的材质隔开，形成独立氮能进行热交换的两个空间。等温变换炉中得到的变换气输送管道112进入换热器106的变换气传热腔中，变换废锅中得到的变换气通过进入换热器106的煤气传热腔中，变换气与预处理煤气进行逆向热交换，变换气放热降温，预处理煤气吸收变换气释放的热量升温。
在其中一些实施例中，煤气的CO变换装置还包括水分离器105，水分离器105的进气口与变换废锅101的煤气出口连接，水分离器105的出气口与换热器106的煤气进口连接。分离器105用于对变换废锅产生的预处理煤气中携带的冷凝水进行分离。
进一步地，煤气的CO变换装置还包括预热器108、脱盐水预热器109和水冷器110；预热器108的进气口与换热器106的变换气出口连接，预热器108的出气口与脱盐水预热器109的进气口连接，脱盐水预热器109的出气口与水冷器110的进气口连接。
在其中一些实施例中，预热器108的出液口与等温变换炉103的进液口连接。进一步地，煤气的CO变换装置还包括锅炉水输送管道113，锅炉水输送管道113的一端与预热器108的出液口连通，另一端与等温变换炉103的进液口连通。
更进一步地，预热器108具有能够进行传热的水传热腔和气体传热腔，水传热腔与预热器108的出液口和等温变换炉103的进液口连通，气体传热腔与换热器106的变换气出口和脱盐水预热器109的进气口连通。
具体地，水传热腔和气体传热腔之间采用能够传热的材质隔开，形成独立氮能进行热交换的两个空间。从换热器106出来的变换气进入预热器108的气体传热腔中，锅炉水进入预热器108的水传热腔中，两者进行热交换，变换气放热，温度进一步降低，同时经热交换后的锅炉水吸收变换气释放是热量，温度升高。再进一步地，变换气经脱盐水预热器109进行脱盐水预热器、水冷器110进行冷却处理，变换气被冷却至40℃，然后从冷却器110的出气口D排出，进行合成甲醇的下一道工序。
与此同时，升温后的锅炉水通过锅炉水输送管道113进入等温变换炉103中，作为等温变换炉的给水。
具体实施例
这里按照本发明的煤气的CO变换工艺及变换装置举例，但本发明并不局限于下述实施例。
本发明实施例及对比例中的煤气的CO变换工艺采用本发明的煤气的CO变换装置进行。本实施例与对比例中采用的煤气的CO变换装置中，变换废锅101采用低压废锅。
实施例1
请继续参考图1，在本实施例的具体示例中，粗煤气的CO干基摩尔分数为70％，温度为208℃，压力3.72MPaG，水气比为1.06；绝热变换处理与等温变换处理均采用钴钼耐硫变换催化剂。煤气的CO变换工艺过程如下：
1)粗煤气首先进入低压废锅101进行水气比调节处理，得到气比为0.40～0.48的预处理煤气，同时副产0.5MPaG低压饱和蒸汽；预处理煤气经水分离器105分离冷凝水后，进人进料换热器106进行预热，使预处理煤气的温度高于露点温度20℃；然后进入净化炉106中脱除杂质，再进入绝热变换炉102进行绝热变换处理，得到温度为440℃的高热煤气，高热煤气再进入蒸汽过热器104的第一传热腔中降温后进入等温变换炉103，进行等温变换处理，等温变换炉103出口温度在260℃，得到的变换气中的CO干基含量为18％～22％，满足甲醇合成的氢碳比例要求。
2)变换气从等温变换炉中出来进入换热器106的变换气传热腔，与进入换热器106的煤气传热腔的预处理煤气进行热交换，变换气温度下降，再进入预热器108的气体传热腔中，与进入预热器108的水传热腔的锅炉水进行热交换，再进入脱盐水预热器109中进行脱盐处理降温至70℃，最后经水冷器110降温至40℃后进行合成甲醇的下一工段。
与此同时，预热器108中的锅炉水与换热器进行热交换后，温度升高，然后进入等温变换炉103中，锅炉水吸收高热煤气在等温变换炉中进行等温变换产生的热量后汽化，然后通过上升管进行汽包汽水分离后，产生压力为1.5MPaG～4.0MPaG的中低压饱和蒸汽，中低压饱和蒸汽经蒸汽循环管路111进入蒸汽过热器104的第二传热腔，与进入蒸汽过热器104的第一传热腔中的高热煤气进行热交换，从而产生温度过热到350℃～400℃的过热蒸汽，过热蒸汽外送作为其他化工生产的动力来源。
本实施例的煤气变换工艺中，绝热变换炉出口温度始终小于等于440℃，该温度小于催化剂的操作温度(450℃)，从而提高变换效率以及催化剂的使用寿命。
实施例2
请继续参考图1，在本实施例的具体示例中，粗煤气的CO干基摩尔分数为64％，温度为201℃，压力3.8MPaG，水气比为0.78；绝热变换处理与等温变换处理均采用钴钼耐硫变换催化剂。煤气的CO变换工艺过程如下：
1)粗煤气首先进入低压废锅101进行水气比调节处理，得到气比为0.40～0.48的预处理煤气，同时副产0.5MPaG低压饱和蒸汽；预处理煤气经水分离器105分离冷凝水后，进人进料换热器106进行预热，使预处理煤气的温度高于露点温度20℃；然后进入净化炉106中脱除杂质，再进入绝热变换炉102进行绝热变换处理，得到温度为410℃～435℃的高热煤气，高热煤气再进入蒸汽过热器104的第一传热腔中降温后进入等温变换炉103，进行等温变换处理，等温变换炉103出口温度在260℃，得到的变换气中的CO干基含量为18％～22％，满足甲醇合成的氢碳比例要求。
2)变换气从等温变换炉中出来进入换热器106的变换气传热腔，与进入换热器106的煤气传热腔的预处理煤气进行热交换，变换气温度下降，再进入预热器108的气体传热腔中，与进入预热器108的水传热腔的锅炉水进行热交换，再进入脱盐水预热器109中进行脱盐处理降温至70℃，最后经水冷器110降温至40℃后进行合成甲醇的下一工段。
与此同时，预热器108中的锅炉水与换热器进行热交换后，温度升高，然后进入等温变换炉103中，锅炉水吸收高热煤气在等温变换炉中进行等温变换产生的热量后汽化，然后通过上升管进行汽包汽水分离后，产生压力为1.5MPaG～4.0MPaG的中低压饱和蒸汽，中低压饱和蒸汽经蒸汽循环管路111进入蒸汽过热器104的第二传热腔，与进入蒸汽过热器104的第一传热腔中的高热煤气进行热交换，从而产生温度过热到350℃～400℃的过热蒸汽，过热蒸汽外送作为其他化工生产的动力来源。
本实施例的煤气变换工艺中，绝热变换炉出口温度始终小于等于435℃，该温度小于催化剂的操作温度(450℃)，从而提高变换效率以及催化剂的使用寿命。
实施例3
请继续参考图1，在本实施例的具体示例中，粗煤气的CO干基摩尔分数为60％，温度为194℃，压力3.6MPaG，水气比为0.65；绝热变换处理与等温变换处理均采用钴钼耐硫变换催化剂。煤气的CO变换工艺过程如下：
1)粗煤气首先进入低压废锅101进行水气比调节处理，得到气比为0.40～0.48的预处理煤气，同时副产0.5MPaG低压饱和蒸汽；预处理煤气经水分离器105分离冷凝水后，进人进料换热器106进行预热，使预处理煤气的温度高于露点温度20℃；然后进入净化炉106中脱除杂质，再进入绝热变换炉102进行绝热变换处理，得到温度为410℃～420℃的高热煤气，高热煤气再进入蒸汽过热器104的第一传热腔中降温后进入等温变换炉103，进行等温变换处理，等温变换炉103出口温度在260℃，得到的变换气中的CO干基含量为18％～22％，满足甲醇合成的氢碳比例要求。
2)变换气从等温变换炉中出来进入换热器106的变换气传热腔，与进入换热器106的煤气传热腔的预处理煤气进行热交换，变换气温度下降，再进入预热器108的气体传热腔中，与进入预热器108的水传热腔的锅炉水进行热交换，再进入脱盐水预热器109中进行脱盐处理降温至70℃，最后经水冷器110降温至40℃后进行合成甲醇的下一工段。
与此同时，预热器108中的锅炉水与换热器进行热交换后，温度升高，然后进入等温变换炉103中，锅炉水吸收高热煤气在等温变换炉中进行等温变换产生的热量后汽化，然后通过上升管进行汽包汽水分离后，产生压力为1.5MPaG～4.0MPaG的中低压饱和蒸汽，中低压饱和蒸汽经蒸汽过热器104的第二传热腔，与进入蒸汽过热器104的第一传热腔中的高热煤气进行热交换，从而产生温度过热到350℃～400℃的过热蒸汽，过热蒸汽外送作为其他化工生产的动力来源。
本实施例的煤气变换工艺中，绝热变换炉出口温度始终小于等于420℃，该温度小于催化剂的操作温度(450℃)，从而提高变换效率以及催化剂的使用寿命。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于，对比利1步骤1)中粗煤气首先进入低压废锅101进行水气比调节处理，得到水气比为0.25～0.3的预处理煤气。该水气比不能直接满足甲醇合成的需要，后续还需要再补充水气比再变换，流程复杂不经济，运行成本高，况且水气比在低于0.3时，绝热变换炉会发生甲烷化副反应，导致催化剂飞温，从而降低了变换效率及催化剂的使用寿命。
对比例2
对比例2与实施例3基本相同，不同之处在于，对比例2步骤1)中，粗煤气不经过低压废气锅的处理，直接进入经水分离器105，其余工艺流程与实施例3相同。
结果表明，绝热变换炉102中产生的高热煤气的温度达到了460℃及以上，在低负荷运行的时候温度高达500℃，从而使绝热变换炉的出口温度超出450℃，该温度大于催化剂的操作温度，从而降低变换效率以及催化剂的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种煤气的CO变换工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将粗煤气进行水气调节处理，得到水气比为(0.32～0.5):1的预处理煤气；
将所述预处理煤气进行绝热变换处理，得到高热煤气；及
将所述高热煤气进行等温变换处理，得到变换气。
2.如权利要求1所述的煤气的CO变换工艺，其特征在于，所述高热煤气的温度为410℃～450℃。
3.如权利要求1所述的煤气的CO变换工艺，其特征在于，所述等温变换处理的温度为200℃～260℃。
4.如权利要求1所述的煤气的CO变换工艺，其特征在于，在将所述高热煤气进行所述等温变换处理步骤之前，还包括以下步骤：
将所述高热煤气进行降温处理，得到过热蒸汽。
5.如权利要求1～4任一项所述的煤气的CO变换工艺，其特征在于，所述等温变换处理的步骤还得到中低压饱和蒸汽；所述煤气的CO变换工艺还包括以下步骤：
对所述中低压饱和蒸汽进行加热处理，得到过热蒸汽。
6.如权利要求1～3任一项所述的煤气的CO变换工艺，其特征在于，所述等温变换处理的步骤还得到中低压饱和蒸汽；所述煤气的CO变换工艺还包括以下步骤：
将所述中低压饱和蒸汽与所述高热煤气进行热交换，以使将所述高热煤气放热得到过热蒸汽，及使所述中低压饱和蒸汽吸热得到过热蒸汽。
7.如权利要求1～4任一项所述的煤气的CO变换工艺，其特征在于，所述绝热变换处理和/或所述等温变换处理采用的催化剂为钴钼催化剂。
8.如权利要求1～4任一项所述的煤气的CO变换工艺，其特征在于，所述变换气中的CO干基含量为18％～22％。
9.一种甲醇的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用如权利要求1～8任一项所述的煤气的CO变换工艺制备变换气；及
将所述变换气转化成甲醇。
10.一种煤气的CO变换装置，其特征在于，包括：
变换废锅，用于对粗煤气进行水气调节处理；
绝热变换炉，所述绝热变换炉的煤气进口与所述变换废锅的煤气出口连接，且用于进行绝热变换处理；
等温变换炉，所述等温变换炉的煤气进口与所述绝热变换炉的煤气出口连接，且用于进行等温变换处理。
11.如权利要求10所述的煤气的CO变换装置，其特征在于，所述煤气的CO变换装置还包括蒸汽过热器，所述蒸汽过热器位于所述绝热变换炉的煤气出口与所述等温变换炉的煤气进口之间的连接管路上，用于对所述绝热变换炉产生的高热煤气进行降温处理以得到过热蒸汽。
12.如权利要求11所述的煤气的CO变换装置，其特征在于，所述煤气的CO变换装置还包括蒸汽循环管路，所述蒸汽循环管路的一端与所述等温变换炉的蒸汽出气口连通，另一端与所述蒸汽过热器的蒸汽进气口连通。
13.如权利要求12所述的煤气的CO变换装置，其特征在于，所述蒸汽过热器具有能够进行传热的第一传热腔和第二传热腔，所述第一传热腔与所述绝热变换炉的煤气出口和所述等温变换炉的煤气进口连通，所述第二传热腔与所述等温变换炉的蒸汽出气口连通。
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