CN117303313A - 一种中温变换工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中温变换工艺，该工艺主要应用于制氢和甲烷化装置，新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气与经过汽化器的水汽在流化床变换反应器反应，一部分产品气经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，一部分产品气与经过汽化器水汽在固定床变换反应器反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO转化率大于92%，本发明的两个变换反应器可以根据产品需要串联与并联相互转换，该工艺可满足于多种工况条件。
Description
技术领域
本发明属于新能源利用、节能减排、环保技术领域。涉及一种中温变换工艺，该工艺主要应用于制氢和甲烷化装置。
背景技术
变换反应是指一氧化碳和水蒸气在一定条件下，生成二氧化碳和氢的反应，主要用于合成氨等工业中的制氢及调节合成气制造加工过程中的CO与H2比。变换反应根据反应温度和使用催化剂的不同通常被分为铁系中高温变换反应和铜系低温变换反应。
根据原料气来源、催化剂特点，制氢工艺可分为煤制氢、天然气或干气重整制氢，变换工艺可分为高温变换、低温变换。传统的天然气或干气重整制氢采用高变串低变工艺，流程长、能耗高。开发一种中温变化工艺，缩短工艺流程，降低制氢成本是制氢技术升级的趋势。
传统流程“中（高）温变换-废热锅炉-低温变换-甲烷化”用废热锅炉来调节气体的温度，废热锅炉维护困难，泄漏事故会导致下游低变催化剂泡液（致命伤害）。
较新流程“中（高）温变换-废热锅炉-PSA”因使用的是铁系变换催化剂，仍有废热锅炉；变换炉出口温度高达400℃，出口CO含量高达3%，变换气通过PSA分离氢气后再加压循环回到变换炉入口，增加了运行费用。
尤其对于以天然气、焦化干气、催化干气等原料的制氢装置，如果能够开发耐热性能优良的铜基中温变换成套技术，开发一套流程为“铜系中温变换-换热-甲烷化”或“铜系中温变换-换热-PSA”工艺，将可以使变换炉出口温度降至300℃以下，CO含量降至0.6%以下，提高装置运行可靠性，降低制氢成本。铜基中温变换催化剂还可用于煤制SNG装置中的主甲烷合成反应器之前，起到降低积碳风险和降低循环比等作用。
发明内容
本发明是提供一种中温变换工艺，缩短工艺流程，提高装置运行可靠性，降低制氢成本。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术如下：一种中温变换工艺，其特征在于新鲜原料气经过净化炉后与CO混合，净化后的原料气与经过汽化器的水汽在变换反应器1反应，一部分产品气经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，一部分产品气与经过汽化器水汽在变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO转化率大于92%。
一般地，净化炉采用脱硫脱氯一体化的塔式反应器。
所述的变换反应器1为流化床，变换反应器2为等温床。
所述的净化原料气CO含量小于等于16%。
所述的净化原料气组成(v/v%)：CO（10～12）%、CO2（4～10）%、H2（35～55）%、CH4（15～30）%，总硫≤0.1ppm。
所述变换反应的工艺条件：温度(200~300)℃，压力：(1.5~3.5)Mpa，汽气比：0.30~0.70，空速：(2000~4500)h-1
所述的净化后的原料气可以分两路进入变换反应器1和变换反应器2，实现两个反应的并联。
所述的变换反应器1采用中温变化催化剂体系为Cu-Zn-Al-Z1，变换反应器2采用中温变化催化剂体系为Cu-Zn-Al-Z2，Z1和Z2 为Cr、Mn、Co、Zr 、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Gd和 La中的一种。
本发明具备以下优势：
本发明提供的一种中温变换工艺，采用流化床-等温床串联或并联工艺，适用于高CO含量变换反应要求，根据产品需要串联与并联相互转换，该工艺满足于多种工况条件。变换反应器1采用的流化床，为达到硫化效果，通过控制催化剂颗粒度，消除内扩散的阻力，提高传热效果。变换反应器2为等温反应器，中温变化为放热反应，有利于反应进行，起到提高CO转化率。
附图说明
图1为本发明实施例工艺的流程示意图。
图中，1-2 净化炉；1-3 变换反应炉1；1-4 变换反应炉2；2-1汽化器1；2-2汽化器2；3-1冷凝罐1；3-2冷凝罐1；4-1气液分离器1；4-1气液分离器2；5-1泵1；5-2泵2；6储水罐1。
具体实施方式
通过下述实施例结合附图对本发明进行详细的阐述。
实施例
以下实施例的工艺流程参考附图1。
实施例中，净化炉采用脱硫脱氯一体化的塔式反应器；变换反应炉1为流化床，变换反应炉2为等温床。
工艺活化条件：还原气氛 N2/H2混合气（N2占5%，余为H）；还原压力：0～0.3Mpa；还原空速1000 h-1；程序升温缓慢升到220℃停留2.0h（升温速率1℃/3min）。
性能测试条件：
（1）原料气气体组成(v/v%)：CO（10～12）%、CO2（4～10）%、H2（35～55）%、CH4（15～30）%；总硫≤0.1ppm；
（2）工艺条件为：温度(200~320)℃，压力：(1.5~3.5)Mpa，汽气比：0.30~0.70，空速：(2000~4500)h-1
实施例一：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO10%、CO24%、H245%、CH415%，N224%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：1.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度220℃，压力：1.5Mpa，汽气比为0.4，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为92.43%。
实施例二：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO10%、CO24%、H245%、CH415%，N224%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度220℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.4，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为96.08%。
实施例三：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO10%、CO24%、H245%、CH415%，N224%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：3.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度220℃，压力：3.5Mpa，汽气比为0.4，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为96.71%。
实施例四：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO12%、CO24%、H255%、CH415%，N212%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度200℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度200℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.4，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为95.81%。
实施例五：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO12%、CO24%、H255%、CH415%，N212%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.4，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为96.81%。
实施例六：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO12%、CO24%、H255%、CH415%，N212%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度260℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度260℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.4，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为96.91%。
实施例七：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO12%、CO24%、H255%、CH415%，N212%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度300℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度300℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.4，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为94.89%。
实施例八；
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO12%、CO24%、H255%、CH415%，N213%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.3，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.3，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为95.11%。
实施例九：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO12%、CO24%、H255%、CH415%，N210%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.45，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.45，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为96.81%。
实施例十：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO12%、CO24%、H255%、CH415%，N28%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.6，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.6，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为96.89%。
实施例十一：
新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO16%、CO24%、H255%、CH415%，N28%，原料气总硫≤0.1ppm与经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.6，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，产品气1与经过汽化器水汽在在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.6，等温床变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO的转化率为97.89%。
实施例十二：
将该工艺改为并联新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气组成(v/v%)：CO16%、CO24%、H255%、CH415%，N28%，原料气总硫≤0.1ppm，净化原料气两股分别于经过汽化器的水汽在温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.6，流速1.8L/min流化床变换反应器1反应，经冷凝分离得产品气1，CO转化率为93.89%，与温度230℃，压力：2.5Mpa，汽气比为0.6，等温床变换反应器2反应，经冷凝分离产品气2，CO的转化率为92.8%。
综上所述，在实施例十一的工况条件，CO的转化率为97.89%。
Claims (9)
1.一种中温变换工艺，其特征在于新鲜原料气经过净化炉与进入的CO混合，净化后的原料气与经过汽化器的水汽在变换反应器1反应，一部分产品气经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，一部分产品气与经过汽化器的水汽在变换反应器2反应，产品气再经过冷凝器进气液分离器进行气液分离，CO转化率大于92%。
2.根据权利要求1 所述的工艺，其特征在于净化炉采用脱硫脱氯一体化的塔式反应器。
3.根据权利要求1 所述的工艺，其特征在于变换反应器1为流化床，变换反应器2为等温床。
4.根据权利要求1所述的工作，其特征在于净化原料气CO含量小于等于16%。
5.根据权利要求1 所述的工艺，其特征在于净化原料气气体组成(v/v%)：CO（10～12）%、CO2（4～10）%、H2（35～55）%、CH4（15～30）%。
6.根据权利要求4或5所述的工艺，其特征在于净化后原料气总硫≤0.1ppm。
7.根据权利要求1 所述的工艺，其特征在于变换反应器工艺条件：温度(200~320)℃，压力：(1.5~3.5)Mpa，汽气比：0.30~0.70，空速：(2000~4500)h-1。
8.根据权利要求1 所述的工艺，其特征在于净化后的原料气分两路分别进入变换反应器1和变换反应器2，两个变换反应器并联。
9.根据权利要求1 所述的工艺，其特征在于变换反应器1采用中温变化催化剂体系为Cu-Zn-Al-Z1，变换反应器2采用中温变化催化剂体系为Cu-Zn-Al-Z2，Z1和Z2 为Cr、Mn、Co、Zr 、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Gd和 La中的一种。
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2022
- 2022-06-20 CN CN202210697770.0A patent/CN117303313A/zh active Pending
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