CN113501493B - 一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，与两段绝热流程催化剂装填量相当，但通过旁路调节及变换催化剂动力学控制的方法，能避免低负荷或水气比变化导致的变换炉I段超温和发生甲烷化反应的问题；在粗合成气进入低压蒸汽发生器之前，喷入高压锅炉水，使得过饱和态的粗合成气在后续冷凝时能够大量出水，带出更多的灰分和杂质，因此可以取消脱毒槽的设置，流程更加简化；变换炉I段采用动力学控制，反应条件温和，催化剂寿命延长；通过气液分离器出口的旁路，可以有效调节变换炉I段出口变换气温度，从而保证进入中高压蒸汽过热器的变换气过热度，得到稳定的过热中高压蒸汽。

Description

一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换 工艺

技术领域

本发明涉及一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺。

背景技术

一氧化碳变换装置在合成气生产装置中具有极其重要的地位，它是将上游气化装置来的粗合成气，在催化剂的作用下，根据下游产品对氢碳比的要求，全部或部分反应生成氢气。不同产品要求对变换工艺流程的设置有较大的影响。对于生产氢气、合成氨的装置，通常需要将一氧化碳尽可能全部转化为氢气；对于生产羰基合成气的装置，例如合成甲醇、乙二醇、合成油、天然气等，变换反应深度较浅，需根据产品要求调整合成气中一氧化碳和氢气的比例。新型连续加压煤气化技术主要分为水煤浆气化技术(例如GE、多喷嘴、多元料浆等)，粉煤气化技术(壳牌、东方炉、航天炉、GSP等)。粉煤气化产出的粗合成气浓度通常高出水煤浆气化10％～20％，尤其是激冷型粉煤气化产出的粗合成气不仅一氧化碳浓度高，而且水气比较高，为0.7～1.0，变换反应推动力大，极易引起第一变换炉的超温，给变换反应的流程设置带来一定的难度。

激冷型粉煤气化配套生产羰基合成气的绝热变换工艺，通常有以下几种：

(1)高水气比变换工艺。在变换装置入口一次性加入大量的蒸汽，使水气比增加到1.6以上甚至更高。该工艺优点是可以避免第一变换炉的超温，操作安全平稳。但随着投入蒸汽量增加，造成能量的巨大浪费，而且多添加的蒸汽在下游低品位热量回收阶段还要以凝液的方式分离出来，增加了设备投资和操作费用。变换催化剂的寿命也较短，通常为1～2年，催化剂对煤质硫含量要求也较高，若粗合成气中硫化氢的含量较低，易引起催化剂的反硫化。

(2)低水气比变换工艺。在进第一变换炉之前设置低压蒸汽发生器，可以将粗合成气中带来的水分离出一部分，使水气比降低至0.25左右，从而在负荷不变的情况下，第一变换炉的变换反应推动力大大降低，起到控制变换超温的目的，同时可副产高等级蒸汽。但由于进第一变换炉的粗合成气中一氧化碳含量仍然很高(60％～65％)，当气化装置操作不稳定或前置低压蒸汽发生器操作不稳定导致水气比没有降下来，很可能导致第一变换炉在低水气比的工况下发生甲烷化反应从而超温。

(3)催化剂动力学控制。即通过减少第一变换炉催化剂装填量，无需补加蒸汽，通过远未达到反应平衡的方法来控制床层的温度在可控范围，后续的变换反应则根据反应深度的要求逐步补充锅炉水，基本不需要添加蒸汽。但该方法同样存在一定的局限性，由于高一氧化碳含量和高水气比的双重作用，反应的推动力大，平衡温距大，催化剂的用量必须精确计算。如果催化剂装填量超出范围，则会造成反应深度加大而导致超温；对于开车负荷较低的阶段，粗合成气量往往只有正常量的一半甚至更低，对于同样催化剂装填量，则极易引起超温。而由于第一变换炉的催化剂装填量一定，一旦发生超温，将很难有控制手段。

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，提供一种够应对不同水气比及粗合成气负荷工况、工艺流程简单、操作简单、控制灵活、投资少的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于包括以下步骤：

来自上游的粗合成气，首先通过混合器内部喷头喷入少量雾状高压锅炉水，使粗合成气形成过饱和态，然后进入低压蒸汽发生器副产低压饱和蒸汽，同时粗合成气温度降低，形成凝液，气体中的杂质也随凝液沉降，然后进入气液分离器分离出凝液，进入粗合成气加热器，加热至催化剂起活温度之上，然后粗合成气进入分段移热式变换炉I段；

分段移热式变换炉I段采用动力学控制，催化剂装填量少，变换反应远未达到平衡，出口变换气温度控制在300～500℃；分段移热式变换炉I段出口的变换气依次经过中高压蒸汽过热器I(用于过热中高压蒸汽发生器副产的饱和蒸汽)、中高压蒸汽发生器I(用于副产饱和蒸汽)、粗合成气加热器(用于预热粗合成气)，再补入变换反应所需的高压锅炉水后，进入分段移热式变换炉II段；

分段移热式变换炉II段采用热力学平衡控制，变换气达到反应平衡，出口变换气温度控制在300～500℃；其中，分段移热式变换炉II段出口设有温度分程控制，通过调节位于中压蒸汽发生器II进出口的旁路气量(即调节I段变换气的取热量)和高压锅炉水补充量，来调节分段移热式变换炉II段入口变换气的温度，从而保证在不同工况(包括粗合成气低负荷、催化剂初末期工况等)下，分段移热式变换炉II段变换气出口既不超温，也不过低，保证中压锅炉水预热器和中高压蒸汽发生器II的取热量和蒸汽产量；分段移热式变换炉II段出口的变换气依次经过中高压蒸汽发生器II和中压锅炉水预热器后，与来自气液分离器出口的旁路粗合成气混合后，进入分段移热式变换炉III段进行反应；

分段移热式变换炉III段出口变换气经过一中压蒸汽发生器，副产饱和中压蒸汽，然后与来自旁路的分段移热式变换炉II段入口变换气混合，送入下游余热回收装置进一步处理。

优选地，所述气液分离器出口与中压锅炉水预热器出口之间设有粗合成气旁路，部分粗合成气通过该旁路跨过分段移热式变换炉I段、分段移热式变换炉II段，在中压锅炉水预热器出口与分段移热式变换炉II段出口变换气混合后，进入分段移热式变换炉III段变换炉。

优选地，所述中压锅炉水预热器通过旁路II与中高压蒸汽发生器II相连通，中压锅炉水预热器的输入端与旁路II之间连接有旁路III，旁路III上设置有与分段移热式变换炉进入III段变换气的温度控制结构相联动以控制中高压锅炉水预热器的取热量的调节阀，以防止进入分段移热式变换炉III段变换气温度过低。

优选地，所述中压蒸汽发生器的下游与分段移热式变换炉II段出口之间设置有水解槽，用于脱除混合变换气中的微量毒性组分。

优选地，所述水解槽入口处设置有调节阀，该调节阀与设于水解槽出口下游的分段移热式变换炉III段输出管路上的氢碳比控制结构相联动，从而根据最终变换气的氢碳比要求对进入水解槽的气量进行控制。

优选地，所述来自上游的粗合成气中一氧化碳干基体积含量30～90％，水/绝干气体积比为0.1～1.6，压力范围为1.0～9.0MPaG。

优选地，所述低压蒸汽发生器副产饱和蒸汽压力范围为0.1～4.0MPaG；所述中高压蒸汽发生器以及中压蒸汽发生器副产饱和蒸汽压力范围为2.5～8.0MPaG。

优选地，所述的粗合成气加热器粗合成气出口温度为150～350℃；所述的分段移热式变换炉I段变换气出口温度大于350℃，所述的分段移热式变换炉II段变换气出口温度大于300℃。

在本发明中，所述的分段移热式变换炉由I段、II段、III段组成，其中I段的内层为半等温区I、外层为绝热区I，II段的内层为半等温区II、外层为绝热区II，III段为绝热区III。

具体的，所述分段移热式变换炉I段/II段中设置有内上筒体、中心管、锅炉水进水腔、蒸汽收集腔、锅炉水列管，所述内上筒体具有用于填充绝热变换反应催化剂的内腔，所述内上筒体的外周壁与分段移热式变换炉的炉体内周壁之间形成有进气环隙，所述内上筒体的外周壁上开设有若干个间隔布置的第一进气口；中心管设于所述内上筒体的中央部位且上端封闭、下端具有下端口，所述中心管的周壁上开设有若干个供内上筒体中的气体进入中心管中的通气口；所述锅炉水进水腔设于炉体的I段/II段底部；所述蒸汽收集腔设于内上筒体的上方，用于收集锅水受热产生的蒸汽；锅炉水列管为多根，各锅炉水列管的下端与所述锅炉水进水腔相连接、上端与所述蒸汽收集腔相连接，各锅炉水列管靠近所述中心管围设在中心管外周，从而使内上筒体内布置有锅炉水列管的区域形成半等温区I/半等温区II、位于该半等温区I/半等温区II外围未布置锅炉水列管的区域形成绝热区I/绝热区II。III段采用轴径向或轴向变换炉结构，该具体结构为本领域的成熟技术，在此不做赘述。

在I段、II段中通过结合可控蒸汽发生系统而形成了半等温区，可根据粗合成气负荷或水气比的大小，以及变换催化剂初末期工况，通过旁路进气量和锅炉水流量的控制，有效的调节变换气出口的温度，保证下游换热系统的稳定；通过控制半等温区的工况可以灵活控制变换气出口温度，对高压饱和蒸汽进行过热，无需再设置外部过热炉或与其他装置热联合，缩短了现有变换工艺的流程，降低了投资和操作难度。

优选地，所述的余热回收装置由气液分离器、换热器、洗涤塔等设备组合而成，用于对变换气余热回收利用、降温、洗涤、净化，以满足下游酸性气脱除装置进料要求。混合器的部件包含有一级或若干级喷头，主要目的是将高压锅炉水雾化，并能与粗合成气充分混合，使粗合成气形成过饱和态。所述的变换炉I段和III段的催化剂床层顶部还设有一层脱毒剂，用于脱除粗合成气或变换气中微量的汞、砷等能使催化剂中毒的组分。所述的中压蒸汽发生器和所述的中高压蒸汽过热器可以采用管口直连的组合型式，以节约占地、减少流程的复杂性。

在上述方案中，根据上游粗合成气组分及灰分、水气比的不同(若粗合成气水气比较低，则低压蒸汽发生器中粗合成气冷凝液量较少，则脱除灰分效果有限)，可选的在气液分离器出口增加脱毒槽，以保证对粗合成气中灰分及毒性组分能完全脱除。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明工艺流程短，设备数量少，控制简单，投资和运行费用低；与常规流程相比，还具有以下优点：

(1)与两段绝热流程催化剂装填量相当，但通过旁路调节及变换催化剂动力学控制的方法，能避免低负荷或水气比变化导致的变换炉I段超温和发生甲烷化反应的问题；

(2)在粗合成气进入低压蒸汽发生器之前，喷入高压锅炉水，使得过饱和态的粗合成气在后续冷凝时能够大量出水，带出更多的灰分和杂质，因此可以取消脱毒槽的设置，流程更加简化；

(3)变换炉I段采用动力学控制，反应条件温和，催化剂寿命延长；

(4)通过气液分离器出口的旁路，可以有效调节变换炉I段出口变换气温度，从而保证进入中高压蒸汽过热器的变换气过热度，得到稳定的过热中高压蒸汽；

(5)通过中高压蒸汽发生器旁路，可以有效调节变换炉II段出口变换气温度，从而保证进入中高压蒸汽发生器的变换气过热度，确保中高压蒸汽产量；

(6)旁路设在粗合成气加热器之前，进入粗合成气加热器的气量减少，设备尺寸变小，且粗合成气加热器出口气体温度可以提至更高温度，有利于催化剂末期变换炉入口气体提温调节；

(7)本发明流程调节灵活，控制简单，能应对不同工况、不同负荷，维持换热网络的稳定，对于低负荷和催化剂末期需提温的工况，通过减少原料气分液罐出口的旁路气量，可以保证变换炉I段和II段出口变换气温度不降低；也可通过增加中高压蒸汽发生器旁路气量来调节II段入口温度，保证了出口变换气的过热度；

(8)通过设置水解槽，能有效的降低或脱除有机硫等组分；

(9)变换炉催化剂床层上敷设一层脱毒剂，可以保护催化剂，延长了使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1的流程图；

图2为本发明实施例1、2中分段移热式变换炉I段/II段的结构示意图；

图3为沿图2中A-A方向的剖面图；

图4为本发明实施例2的流程图。

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。

实施例1：

如图1所示，本实施例用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺采用如图1所示的反应系统，包括混合器1、洗涤锅炉水控制阀2、低压蒸汽发生器3、气液分离器4、分段移热式变换炉5、非变换气旁路调节阀6、中高压蒸汽发生器I7、粗合成气加热器8、中高压蒸汽过热器I9、段中高压蒸汽发生器旁路控制阀I10、入口高压锅炉水控制阀11、中高压蒸汽发生器II12、中高压锅炉水预热器旁路控制阀13、中高压锅炉水预热器14、旁路控制阀15、中压蒸汽发生器16、水解槽17、余热回收装置18，各装置的具体连接及配合关系与图1相符，在此不做赘述。

以用于某激冷流程粉煤气化生产甲醇的装置为例，本实施例用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺包括以下步骤：

来自上游气化单元的粗合成气，温度206℃，压力3.84MPaG，一氧化碳干基含量70％，水气比0.9。通过混合器1将来自洗涤锅炉水控制阀2的高压锅炉水混合均匀后，进入低压蒸汽发生器3副产1MPaG低压饱和蒸汽，同时粗合成气温度降低至约193℃。然后进入气液分离器4分离出凝液及粗合成气中夹带的灰分。气液分离器4出口60％的粗合成气进入粗合成气加热器8，加热至210℃，然后粗合成气进入分段移热式变换炉I段5A。其余40％的粗合成气通过非变换气旁路调节阀6去下游。

分段移热式变换炉I段5A采用动力学控制，出口变换气温度为460℃。出口的变换气依次经过中高压蒸汽过热器9、I段中高压蒸汽发生器7、粗合成气加热器8，再通过II段入口高压锅炉水控制阀11补入反应所需的高压锅炉水后，温度为245℃，进入分段移热式变换炉II段5B。

II段采用热力学控制，变换气达到反应平衡，出口温度为350℃。其中，II段出口设有温度分程控制，通过调节I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10和II段入口高压锅炉水控制阀11，来控制II段变换气出口温度稳定在设定值350℃。II段出口的变换气依次经过II段中高压蒸汽发生器12和中压锅炉水预热器14后，与来自气液分离器4出口的旁路粗合成气混合后，再次进入分段移热式变换炉III段5C进行反应。其中，中高压锅炉水预热器14设有旁路，通过调节中高压锅炉水预热器旁路控制阀13来保持III段入口温度稳定在230℃。

III段出口变换气经过中压蒸汽发生器16，副产饱和中压蒸汽。来自III段旁路控制阀15的变换气经过水解槽17后，与III段出口变换气混合至250℃，送入下游余热回收装置18进一步处理。

对于催化剂中末期，粗合成气反应深度降低，分段移热式变换炉I段5A的出口温度降低至440℃，可通过增大非变换气旁路调节阀6的开度，从而减少分段移热式变换炉I段5A的入口粗合成气量，来保证I段出口稳定在460℃；也可以增大I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10开度，提高粗合成气加热器8的高温侧气体温度，进而提高分段移热式变换炉I段5A的入口温度，最终来保证I段出口稳定在460℃；分段移热式变换炉II段5B出口温度降低至330℃，此时通过增大I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10开度，减少通过中高压蒸汽发生器7的变换气量，提高分段移热式变换炉II段5B入口从245℃至265℃，保证II段变换气出口温度稳定在350℃；对于催化剂末期工况，粗合成气反应深度进一步降低，继续增大非变换气旁路调节阀6的开度和I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10开度，来保证I段出口稳定在460℃。

对于变换单元粗合成气负荷降低的情况，可通过增加非变换气旁路调节阀6开度，保证进入分段移热式变换炉II段5A的粗合成气量不变，以维持分段移热式变换炉I段5A出口的变换气温度不变。

在本实施例中，分段移热式变换炉5由I段、II段、III段组成，其中I段的内层为半等温区I、外层为绝热区I，II段的内层为半等温区II、外层为绝热区II，III段为绝热区III。其中，III段采用轴径向或轴向变换炉结构，该具体结构为本领域的成熟技术，在此不做赘述；本实施例中对分段移热式变换炉I段/II段的结构进行如下说明：

如图2、3所示，分段移热式变换炉I段/II段中设置有内上筒体2a’、中心管21’、锅炉水进水腔26’、蒸汽收集腔5’、锅炉水列管10’，炉体19’顶部设置有汽包2’。

具体的，炉体19’顶部开有粗合成气进口4’，炉体19’中设置有能将其内腔分隔为上中下相对独立部分的隔板1c’，炉体19’侧部也可以设置有供I段、II段反应完毕的气体输出的输出口。

上述内上筒体2a’具有用于填充绝热变换反应催化剂20’的内腔，内上筒体2a’的外周壁与炉体19’内周壁之间形成有进气环隙9’，内上筒体2a’的外周壁上开设有若干个间隔布置的第一进气口22’。

上述中心管21’设于内上筒体2a’的中央部位且上端封闭、下端具有与隔板1c’下方相连通的下端口，中心管21’的周壁上开设有若干个供内上筒体2a’中的气体进入中心管21’中的通气口211’。

上述锅炉水进水腔26’设于炉体19’的I段/II段下部且靠近相应隔板1c’布置。

上述蒸汽收集腔5’设于I段/II段上部且位于相应内上筒体2a’的上方，用于收集锅水受热产生的蒸汽。

上述锅炉水列管10’为多根，各锅炉水列管10’的下端与锅炉水进水腔26’相连接、上端与蒸汽收集腔5’相连接，各锅炉水列管10’靠近中心管21’围设在中心管21’外周，从而使内上筒体2a’内布置有锅炉水列管10’的区域形成半等温区I/II8’、位于该半等温区I/II8’外围未布置锅炉水列管10’的区域形成绝热区I/II 6’。

上述汽包2’设于炉体19’上方，该汽包2’的顶部具有蒸汽输出口1’，该汽包2’通过锅炉水下降管3’与锅炉水进水腔26’相连通、通过蒸汽上升管15’与蒸汽收集腔5’相连通，汽包2’与锅炉水下降管3’、锅炉水进水腔26’、锅炉水列管10’、蒸汽收集腔5’、蒸汽上升管15’共同构成一可控饱和蒸汽发生系统。

锅炉水下降管3’为两根且对称布置在锅炉水进水腔26’的两侧，一根锅炉水下降管3’上设置有能控制流体流量的调节阀16’。通过调节调节阀16’的开度来控制系统内的水气自然循环比，从而达到调节半等温反应区内变换气温度及饱和蒸汽产量的目的。半等温区内锅炉水列管的数量、排布范围及密度可根据粗合成气水气比、负荷范围及变换气出口温度要求来调整，从而使半等温区将部分变换气反应的热量通过锅炉水转移走，使该区域的变换反应介于绝热和等温反应之间。

在粗合成气经过上述分段移热式变换炉I段/II段时，粗合成气进口4’的原料气经变换炉的上封头处进入进气环隙9’，通过第一进气孔22’从轴向通过绝热变换反应催化剂20’，首先进入绝热区I/II 6’进行绝热变换反应，再进入半等温区I/II 8’；变换气在半等温区I/II8’内进行半等温变换反应，温度保持不变，多余的热量被半等温区锅炉水列管10’内的锅炉水吸收产生饱和蒸汽，反应后的变换气通过中心管21’收集，向下输送；在上述过程中，可控饱和蒸汽发生系统的运行流程为：来自锅炉水下降管3’的低温锅炉水首先进入锅炉水进水腔26’汇集，然后进入半等温区的锅炉水列管10’，低温锅炉水在吸收半等温区I/II8’反应的热量后，变成水汽混合物，其中饱和蒸汽沿锅炉水列管10’上升至蒸汽收集腔5’进行初步分液后，继续沿蒸汽上升管15’进入汽包2’，再次分离掉冷凝水后，从蒸汽出口1’产出饱和蒸汽，送出系统外。

实施例2：

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：如图4所示，当上游粗合成气组分中CO含量不是特别高时，可简化流程，取消中高压蒸汽过热器I。当下游对有机硫含量要求不是特别高时，也可简化流程，取消水解槽。

实施例3：

如图4所示，本实施例用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热全反应变换工艺的设备包括：混合器1、洗涤锅炉水控制阀2、低压蒸汽发生器3、原料气分离器4、分段移热式变换炉5、分段移热式变换炉I段5A、分段移热式变换炉II段5B、分段移热式变换炉III段5C、非变换气旁路调节阀6、I段中高压蒸汽发生器7、粗合成气加热器8、余热回收装置9、I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10、II段入口高压锅炉水控制阀11、II段中高压蒸汽发生器12、中高压锅炉水预热器旁路控制阀13、中高压锅炉水预热器14、III段旁路控制阀15、中高压蒸汽发生器16。

本实施例实施例用于某激冷流程粉煤气化生产甲醇的装置。来自上游气化单元的粗合成气，温度206℃，压力3.84MPaG，一氧化碳干基含量70％，水气比0.9。通过混合器1将来自洗涤锅炉水控制阀2的高压锅炉水混合均匀后，进入低压蒸汽发生器3副产1MPaG低压饱和蒸汽，同时粗合成气温度降低至约193℃。然后进入原料气分离器4分离出凝液及粗合成气中夹带的灰分。原料气分离器4出口60％的粗合成气进入粗合成气加热器8，加热至210℃，然后粗合成气进入分段移热式变换炉I段5A。其余40％的粗合成气通过非变换气旁路调节阀6去下游。

分段移热式变换炉I段5A采用动力学控制，出口变换气温度为420℃。出口的变换气依次经过、I段中高压蒸汽发生器7、粗合成气加热器8，再通过II段入口高压锅炉水控制阀补入反应所需的高压锅炉水后，温度为245℃，进入分段移热式变换炉II段5B。

II段采用热力学平衡控制，变换气达到反应平衡，出口温度为400℃。其中，II段出口设有温度分程控制，通过调节I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10和II段入口高压锅炉水控制阀11，来控制II段变换气出口温度稳定在设定值400℃。II段出口的变换气依次经过II段中高压蒸汽发生器12和中压锅炉水预热器14后，与来自原料气分离器4出口的旁路粗合成气混合后，再次进入分段移热式变换炉III段5C进行反应。其中，中高压锅炉水预热器14设有旁路，通过调节中高压锅炉水预热器旁路控制阀13来保持III段入口温度稳定在230℃。

III段出口变换气经过中高压蒸汽发生器16，副产饱和中高压蒸汽。来自III段旁路控制阀15的变换气与III段出口变换气混合至250℃，送入下游余热回收装置9进一步处理。

对于催化剂中末期活性降低，粗合成气反应深度降低；分段移热式变换炉II段5B出口温度降低至390℃，此时通过增大I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10开度，减少通过中高压蒸汽发生器7的变换气量，提高分段移热式变换炉II段5B入口从245℃至255℃，保证II段变换气出口温度稳定在400℃；对于催化剂末期工况，粗合成气反应深度进一步降低，在I段中高压蒸汽发生器旁路控制阀10开度的情况下，可通过减少II段入口高压锅炉水控制阀的开度，降低锅炉水补充量来保证保证II段变换气出口温度稳定在400℃。

对于变换单元粗合成气负荷降低的情况，可通过增加非变换气旁路调节阀6开度，来调节分段移热式变换炉I段5A出口的变换气温度。

其中，分段移热式变换炉I段和III段采用图2或图3的一种形式。其中，51A-脱毒剂床层，52A-轴向变换催化剂床层，53A-轴径向变换催化剂床层。

本实施例具有以下优点：

调节灵活，控制简单，能应对不同工况、不同负荷，维持换热网络的稳定，I段出口变换气的温度没有具体要求，可控范围广。对于低负荷工况，通过减少原料气分液罐出口的旁路气量，可以保证变换炉I段和II段出口变换气温度不降低；对于催化剂末期需提温的工况，也只要通过增加中高压蒸汽发生器旁路气量来调节II段入口温度，从而保证了II段出口变换气温度。

所有粗合成气都经过变换反应炉进行了变换反应，粗合成气中的COS等有毒组分已进行了充分反应，因此无需在II段和III段之间设置水解槽脱除，减少了流程的复杂性。

Claims (8)

1.一种用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于包括以下步骤：

来自上游的粗合成气，首先通过混合器内部喷头喷入少量雾状高压锅炉水，使粗合成气形成过饱和态，然后进入低压蒸汽发生器副产低压饱和蒸汽，同时粗合成气温度降低，形成凝液，气体中的杂质也随凝液沉降，然后进入气液分离器分离出凝液，进入粗合成气加热器，加热至催化剂起活温度之上，然后粗合成气进入分段移热式变换炉I段；

分段移热式变换炉I段采用动力学控制，催化剂装填量少，变换反应远未达到平衡，出口变换气温度控制在300~500℃；分段移热式变换炉I段出口的变换气依次经过中高压蒸汽过热器I、中高压蒸汽发生器I、粗合成气加热器，再补入变换反应所需的高压锅炉水后，进入分段移热式变换炉II段；

分段移热式变换炉II段采用热力学平衡控制，变换气达到反应平衡，出口变换气温度控制在300~500℃；其中，分段移热式变换炉II段出口设有温度分程控制，通过调节位于中压蒸汽发生器II进出口的旁路气量和高压锅炉水补充量，来调节分段移热式变换炉II段入口变换气的温度，从而保证在不同工况下，分段移热式变换炉II段变换气出口既不超温，也不过低，保证中压锅炉水预热器和中高压蒸汽发生器II的取热量和蒸汽产量；分段移热式变换炉II段出口的变换气依次经过中高压蒸汽发生器II和中压锅炉水预热器后，与来自气液分离器出口的旁路粗合成气混合后，进入分段移热式变换炉III段进行反应；

分段移热式变换炉III段出口变换气经过一中压蒸汽发生器，副产饱和中压蒸汽，然后与来自旁路的分段移热式变换炉II段入口变换气混合，送入下游余热回收装置进一步处理；

所述气液分离器出口与中压锅炉水预热器出口之间设有粗合成气旁路，部分粗合成气通过该旁路跨过分段移热式变换炉I段、分段移热式变换炉II段，在中压锅炉水预热器出口与分段移热式变换炉II段出口变换气混合后，进入分段移热式变换炉III段变换炉；

所述中压锅炉水预热器通过旁路II与中高压蒸汽发生器II相连通，中压锅炉水预热器的输入端与旁路II之间连接有旁路III，旁路III上设置有与分段移热式变换炉进入III段变换气的温度控制结构相联动以控制中高压锅炉水预热器的取热量的调节阀，以防止进入分段移热式变换炉III段变换气温度过低。

2.根据权利要求1所述的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于：所述中压蒸汽发生器的下游与分段移热式变换炉II段出口之间设置有水解槽，用于脱除混合变换气中的微量毒性组分。

3.根据权利要求2所述的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于：所述水解槽入口处设置有调节阀，该调节阀与设于水解槽出口下游的分段移热式变换炉III段输出管路上的氢碳比控制结构相联动，从而根据最终变换气的氢碳比要求对进入水解槽的气量进行控制。

4.根据权利要求1所述的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于：所述来自上游的粗合成气中一氧化碳干基体积含量30~90%，水/绝干气体积比为0.1~1.6，压力范围为1.0~9.0MPaG。

5.根据权利要求1所述的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于：所述低压蒸汽发生器副产饱和蒸汽压力范围为0.1~4.0MPaG；所述中高压蒸汽发生器以及中压蒸汽发生器副产饱和蒸汽压力范围为2.5~8.0MPaG。

6.根据权利要求1所述的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于：所述的粗合成气加热器粗合成气出口温度为150~350℃；所述的分段移热式变换炉I段变换气出口温度大于350℃，所述的分段移热式变换炉II段变换气出口温度大于300℃。

7.根据权利要求1所述的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于：所述的分段移热式变换炉由I段、II段、III段组成，其中I段的内层为半等温区I、外层为绝热区I，II段的内层为半等温区II、外层为绝热区II，III段为绝热区III。

8.根据权利要求7所述的用于羰基合成的高浓度一氧化碳分段移热半反应变换工艺，其特征在于：所述分段移热式变换炉I段/II段中设置有内上筒体、中心管、锅炉水进水腔、蒸汽收集腔、锅炉水列管，所述内上筒体具有用于填充绝热变换反应催化剂的内腔，所述内上筒体的外周壁与分段移热式变换炉的炉体内周壁之间形成有进气环隙，所述内上筒体的外周壁上开设有若干个间隔布置的第一进气口；中心管设于所述内上筒体的中央部位且上端封闭、下端具有下端口，所述中心管的周壁上开设有若干个供内上筒体中的气体进入中心管中的通气口；所述锅炉水进水腔设于炉体的I段/II段底部；所述蒸汽收集腔设于内上筒体的上方，用于收集锅水受热产生的蒸汽；锅炉水列管为多根，各锅炉水列管的下端与所述锅炉水进水腔相连接、上端与所述蒸汽收集腔相连接，各锅炉水列管靠近所述中心管围设在中心管外周，从而使内上筒体内布置有锅炉水列管的区域形成半等温区I/半等温区II、位于该半等温区I/半等温区II外围未布置锅炉水列管的区域形成绝热区I/绝热区II。

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