CN210261104U - 一种一氧化碳变换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种一氧化碳变换装置，包括：水煤浆合成气前处理系统；粉煤气合成气前处理系统；进气口分别与所述水煤浆合成气前处理系统的出气口及所述粉煤气合成气前处理系统的出气口相连通的预热器；进气口与所述预热器的出气口相连通的变换炉；所述变换炉的入口管线上设置有放空装置。本实用新型在变换炉的入口管线上设置了放空装置，导气在进变换炉前，预先进行放空处理，能够将导气温度提高至高于露点20～30℃，解决了变换单元导气时入口温度低带水，暖管时间长等问题，缩短到期开车时间，延长催化剂使用寿命。

Description

一种一氧化碳变换装置
技术领域
本实用新型涉及合成气变换技术领域，特别涉及一种一氧化碳变换装置。
背景技术
一氧化碳变换(又称水煤气变换)是指合成气中的一氧化碳借助于催化剂的作用，在一定温度下与水蒸汽反应，生成二氧化碳和氢气的过程。通过变换反应既降低了合成气中的一氧化碳含量，又得到了更多氢气，调节了碳氢比，能够满足不同的生产需要(例如用于合成甲醇、合成氨等的工业生产)。因此，一氧化碳变换对于下游工业合成，是至关重要的中间环节。
一氧化碳变换中的主要环节是将合成气通入变换炉中，在变换炉内的催化剂作用下，与水蒸汽反应，生成二氧化碳和氢气。一氧化碳的变换，视原料和其它工序采用的生产方法不同而有不同的变换装置和处理流程，例如，以水煤浆为原料气化合成的粗煤气(即水煤浆合成气)，通常需设置多个不同温度段的变换炉进行变换反应，且整体负荷不能满足装置产量需求的问题。以粉煤气化合成的粗煤气(即粉煤合成气)，其水气比较低，在进行变换反应前需配加大量蒸汽，蒸汽消耗过高，导致成本较高，还容易导致催化剂超温、造成安全隐患。另外，对于变换装置，还通常存在以下问题，原料气在导入变换炉前，温度过低，容易将冷凝水带入变换炉内，容易造成变换炉内催化剂粉粹、活性组分流失、催化剂失活、反硫化现象。反硫化是指催化剂中硫化态成分MoS2、CoS在一定工艺条件下与H2O发生如下反应，而使催化剂的活性大大降低。
MoS2+2H2O＝MoO2+2H2S-Q，CoS+H2O＝CoO+H2S-Q。
目前，现有变换装置中，为了解决上述问题，主要是在变换炉前设置加热器、预变炉或变换炉旁路等，但是，其效果欠佳，导气时入口温度仍较低，多少会将冷凝水带入变化炉内，不能有效解决催化剂失活、反硫化问题，造成催化剂床层温度波动大、操作难度增大、导气时间过长等。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种一氧化碳变换装置，能够有效克服导气入口温度低、催化剂失活及反硫化的问题。
本实用新型提供了一种一氧化碳变换装置，包括：
水煤浆合成气前处理系统；
粉煤气合成气前处理系统；
进气口分别与所述水煤浆合成气前处理系统的出气口及所述粉煤气合成气前处理系统的出气口相连通的预热器；
进气口与所述预热器的出气口相连通的变换炉；
所述变换炉的入口管线上设置有放空装置。
在本实用新型的一个实施例中，所述水煤浆合成气前处理系统包括：
水煤浆合成气气液分离器；
进气口与所述水煤浆合成气气液分离器的出气口相连通的水煤浆合成气过滤器；
所述水煤浆合成气过滤器的出气口与所述预热器的进气口相连通。
在本实用新型的一个实施例中，所述粉煤气合成气前处理系统包括：
粉煤气合成气气液分离器；
进气口与所述粉煤气合成气气液分离器的出气口相连通的粉煤气合成气过滤器；
进气口与所述粉煤气合成气过滤器的出气口相连通的煤气混合器；
所述煤气混合器的出气口与所述预热器的进气口相连通，且所述煤气混合器与外供蒸汽装置相连通。
在本实用新型的一个实施例中，所述变换炉的入口管线上设置有入口阀，出口管线上设置有出口阀；
所述放空装置设置在所述变换炉的入口管线上的入口阀前。
在本实用新型的一个实施例中，所述放空装置包括放空管线和设置在所述放空管线上的放空阀；
所述放空管线与所述变换炉的入口管线相连通。
在本实用新型的一个实施例中，所述水煤浆合成气过滤器的数量为两个，且两个水煤浆合成气过滤器之间并联。
在本实用新型的一个实施例中，所述粉煤气合成气过滤器的数量为两个，且两个粉煤气合成气过滤器之间并联。
在本实用新型的一个实施例中，所述预热器的数量为两个，且两个预热器之间串联。
在本实用新型的一个实施例中，还包括后变换系统；
所述后变换系统包括：
进气口与所述变换炉的出气口相连通的换热器；
进气口与所述换热器的出气口相连通的洗涤淬冷器；
进气口与所述洗涤淬冷器的出气口相连通的后变换炉。
本实用新型提供了一种一氧化碳变换装置，包括：水煤浆合成气前处理系统；粉煤气合成气前处理系统；进气口分别与所述水煤浆合成气前处理系统的出气口及所述粉煤气合成气前处理系统的出气口相连通的预热器；进气口与所述预热器的出气口相连通的变换炉；所述变换炉的入口管线上设置有放空装置。本实用新型将水煤浆合成气前处理系统与粉煤气合成气前处理系统并行在一套一氧化碳变换装置中，克服了水煤浆合成气当路运行，整体负荷不能满足装置产量需求的问题，同时克服了粉煤气单路运行，易导致催化剂超温的安全隐患问题以及需要配入大量蒸汽的高成本问题，将二者并行，使高水汽比的水煤浆合成气与低水汽比的粉煤气合成气配合，能够满足下游合成装置对H2和CO含量的需求，还能避免催化剂超温，又能减少蒸汽配入，降低成本。而且，本实用新型在变换炉的入口管线上设置了放空装置，导气在进变换炉前，预先进行放空处理，能够将导气温度提高至高于露点20～30℃，解决了变换单元导气时入口温度低带水，暖管时间长等问题，缩短到期开车时间，延长催化剂使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的一个实施例提供的一氧化碳变换装置的结构示意图；
图2为本实用新型的另一个实施例中提供的一氧化碳变换装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了一种一氧化碳变换装置，包括：
水煤浆合成气前处理系统；
粉煤气合成气前处理系统；
进气口分别与所述水煤浆合成气前处理系统的出气口及所述粉煤气合成气前处理系统的出气口相连通的预热器；
进气口与所述预热器的出气口相连通的变换炉；
所述变换炉的入口管线上设置有放空装置。
参见图1，图1为本实用新型的一个实施例提供的一氧化碳变换装置的结构示意图，其中，1为水煤浆合成气前处理系统，1-1为水煤浆合成气气液分离器，1-2为水煤浆合成气过滤器；2为粉煤气合成气前处理系统，2-1为粉煤气合成气气液分离器，2-2为粉煤气合成气过滤器，2-3为煤气混合器；3为预热器；4为变换炉，4-1为入口阀，4-2为出口阀；5为放空装置，5-1为放空管线，5-2为放空阀。
本实用新型将水煤浆合成气前处理系统与粉煤气合成气前处理系统并行在一套一氧化碳变换装置中，克服了水煤浆合成气当路运行，整体负荷不能满足装置产量需求的问题，同时克服了粉煤气单路运行，易导致催化剂超温的安全隐患问题以及需要配入大量蒸汽的高成本问题，将二者并行，使高水汽比的水煤浆合成气与低水汽比的粉煤气合成气配合，能够满足下游合成装置对H2和CO含量的需求，还能避免催化剂超温，又能减少蒸汽配入，降低成本。而且，本实用新型在变换炉的入口管线上设置了放空装置，导气在进变换炉前，预先进行放空处理，能够将导气温度提高至高于露点20～30℃，导气时避免原料气温度过低将冷凝水带入变换炉内，造成催化剂失活、反硫化等现象而影响导气进度和变换效果，大大节省了导气时间，提升了变换效果，延长了催化剂使用寿命。
水煤浆合成气前处理系统1用于对水煤浆合成气(即以水煤浆为原料气化合成的粗煤气)进行预处理。在本实用新型的一些实施例中，水煤浆合成气前处理系统1包括：
水煤浆合成气气液分离器1-1；
进气口与所述水煤浆合成气气液分离器1-1的出气口相连通的水煤浆合成气过滤器1-2；所述水煤浆合成气过滤器1-2的出气口与所述预热器3的进气口相连通。
水煤浆合成气先经水煤浆合成气气液分离器1-1，将夹带的冷凝水分离，再进入水煤浆合成气过滤器1-2进行除灰。
在本实用新型的优选实施例中，所述水煤浆合成气过滤器1-2的数量为两个，且两个水煤浆合成气过滤器之间并联，如图1所示。设置两个过滤器并联，既能够起到较好的过滤作用，又不会影响系统运行，是通过对整个系统结构的精密计算而得，若设置1个，则过滤效果较差，同时会加大系统阻力，不能在线处理，导致系统被迫停车，若设置多个，则会增加运行成本，影响系统运行稳定性。
粉煤气合成气前处理系统2用于对粉煤气合成气(即以粉煤为原料气化合成的粗煤气)进行预处理。在本实用新型的一些实施例中，所述粉煤气合成气前处理系统2包括：
粉煤气合成气气液分离器2-1；
进气口与所述粉煤气合成气气液分离器2-1的出气口相连通的粉煤气合成气过滤器2-2；
进气口与所述粉煤气合成气过滤器2-2的出气口相连通的煤气混合器2-3；
所述煤气混合器2-3的出气口与所述预热器3的进气口相连通，且所述煤气混合器2-3与外供蒸汽装置相连通。
粉煤气合成气先经粉煤气合成气气液分离器2-1，将夹带的冷凝水分离，再进入粉煤气合成气过滤器2-2进行除灰。
在本实用新型的优选实施例中，所述粉煤气合成气过滤器2-2的数量为两个，且两个粉煤气合成气过滤器2-2之间并联，如图1所示。设置两个过滤器并联，既能够起到较好的过滤作用，又不会影响系统运行，是通过对整个系统结构的精密计算而得，若设置1个，则过滤效果较差，同时会加大系统阻力，不能在线处理，导致系统被迫停车，若设置多个，则会增加运行成本，影响系统运行稳定性。
经粉煤气合成气过滤器2-2除灰后的原料气通入煤气混合器2-3中，所述煤气混合器2-3与外供蒸汽装置(图中未示出)相连通，通过所述外供蒸汽装置向煤气混合器2-3中通入蒸汽，与过滤后的原料气混合来提高粉煤气中的水气比，保证导气进入变换炉内催化剂床层温度不超温，否则，由于粉煤气中CO含量较高，导气时容易超温造成安全隐患。在一些实施例中，将5.4MPa次高压蒸汽管线与煤气混合器2-3连通，通入的蒸汽为5.4MPa蒸汽。相比于粉煤气合成气单路运行，将粉煤气合成气与水煤浆合成气并行，能够有效调节导气中的成分比例，大大降低外供蒸汽的配加量，从而降低了成本并解决了催化剂超温问题。
预热器3用于对接收来的气体进行预热。预热器3的进气口分别与水煤浆合成气前处理系统1的出气口及粉煤气合成气前处理系统2的出气口相连通。在一些实施例中，预热器3设有两个进气口，一个与水煤浆合成气前处理系统1的出气口相连通，另一个与粉煤气合成气前处理系统2的出气口相连通。在另一些实施例中，预热器3设有1个进气口，粉煤气合成气前处理系统2的出气管线接入水煤浆合成气前处理系统1的出气管线，两股气体提前混合，再共同进入预热器3的进气口，如图1所示。系统运行过程中，预热器3壳程的热源来自后续变换炉，导气前预热器3本身不起加热作用，待系统运行后，变换炉内产生热量，再用于预热器3，实现预热器的预热作用。
在本实用新型的一些实施例中，预热器3的数量为两个，且两个预热器之间串联。通过两个预热器3串联运行，能够更好的对导气预热。
变换炉4用于发生变换反应。本实用新型中，在变换炉4的入口管线上设置有放空装置5；所述入口管线即为预热器3与变换炉4之间的连通管线。在变换炉4的入口管线上设置有放空装置5，导气进入变换炉4之前，先通过放空装置5进行放空处理，从而提升导气的温度，避免导气时原料气温度过低而将冷凝水带入变换炉4内，造成炉内催化剂失活、反硫化等现象而影响导气进度和变换效果。经申请人研究发现，将放空装置5设置在此位置，对实际操作及系统运行效果最佳。
在一些实施例中，通过放空装置5的放空处理，将导气温度提升至比露点高20～30℃。变换炉4入口温度低于露点时，由于炉内催化剂微孔的毛细作用，水蒸汽在催化剂的微孔内冷凝下来，造成催化剂粉碎，活性组分流失，导致触媒失活，同时对设备产生露点腐蚀，而通过放空装置5的放空处理将导气温度提升至比露点高20～30℃，能够有效解决上述问题。
在本实用新型的一些实施例中，变换炉4的入口管线上还设置有入口阀4-1，出口管线上设置有出口阀4-2；其中，放空装置5设置在变换炉4的入口管线上的入口阀4-1前，如图1所示。系统运行过程中，先关闭变换炉4的入口阀4-1及出口阀4-2，原料气通过预热器3后，先通过放空装置5放空处理，待原料温度提升至目标温度后，关闭放空装置5，打开变换炉4的入口阀4-1及出口阀4-2，将原料气导入变换炉4内进行变换反应。
在本实用新型的一些实施例中，所述放空装置5包括放空管线5-1和设置在所述放空管线5-1上的放空阀5-2；所述放空管线5-1与所述变换炉的入口管线相连通，如图1所示。通过放空阀5-2控制放空装置5的启用和闭停，通过放空管线5-1进行原料气的放空。经上述放空装置5的提前放空后，原料气达到目标温度后，进入变换炉4内进行变换反应，CO与水蒸汽在变换炉内催化剂的作用下发生反应，生成CO2和H2，用于下游工业合成。
在本实用新型的另一个实施例中，还包括后变换系统；
所述后变换系统包括：
进气口与所述变换炉的出气口相连通的换热器6；
进气口与所述换热器6的出气口相连通的洗涤淬冷器7；
进气口与所述洗涤淬冷器7的出气口相连通的后变换炉8。
参见图2，图2为本实用新型的另一个实施例提供的一氧化碳变换装置的结构示意图，其中，后变换系统的结构如上所述。
换热器6用于接收来自变换炉4排出的气体并对之进行换热。在本实用新型的一个实施例中，所述换热器6为中压废热锅炉，所述中压废热锅炉设置有次高压锅炉给水入水口6-1，用于接收次高压锅炉的热水，对导气加热；其还设置有次高压蒸汽出口6-2，用于排出次高压蒸汽。
洗涤淬冷器7的进气口与所述换热器6的出气口相连通，用于对来自换热器6的导气进行洗涤和冷却。所述洗涤淬冷器7的顶部设置有喷淋器7-1，气体通入后，经喷淋器7-1进行洗涤。
在一些实施中，所述洗涤淬冷器7的进气口还与粉煤气合成气过滤器2-2的出气口相连通。在一些实施例中，粉煤气合成气过滤器2-2的出气口分出两条管线，一路与煤气混合器2-3相连通，另一路通入换热器6与洗涤淬冷器7之间的连通管道上(如图2所示)，过滤器2-2排出气体中的一部分与换热器6排出的导气共同通入洗涤淬冷器7内进行洗涤。
所述后变换炉8的进气口与所述洗涤淬冷器7的出气口相连通，用于将洗涤淬冷器7排出的导气进一步进行变换反应。所述后变换炉8的入口管线上设置有后放空装置9；所述入口管线即洗涤淬冷器7与后变换炉8之间的连通管线。所述后变换炉8的入口管线上还设置有入口阀8-1，出口管线上设置有出口阀8-2；其中，后放空装置9设置在后变换炉8的入口管线上的入口阀8-1前，如图2所示。
在本实用新型的一些实施例中，所述后放空装置9包括后放空管线9-1和设置在所述后放空管线9-1上的后放空阀9-2；所述后放空管线9-1与所述后变换炉8的入口管线相连通，如图2所示。通过后放空阀9-2控制后放空装置9的启用和闭停，通过后放空管线9-1进行原料气的放空。经上述后放空装置9的提前放空后，原料气达到目标温度后，进入后变换炉8内进行变换反应，CO与水蒸汽在变换炉内催化剂的作用下发生反应，生成CO2和H2，用于下游工业合成。通过前后两个变换炉配合使用，可进行不同温度下的变换反应，从而提升变换反应效率。
在本实用新型的一些实施例中，所述后变换炉8的出口管线还与粉煤气合成气过滤器2-2的出气口相连通，参见图2，粉煤气合成气导气时使用该连通管线，正常运行时关闭。
本实用新型提供了一种一氧化碳变换装置，包括：水煤浆合成气前处理系统；粉煤气合成气前处理系统；进气口分别与所述水煤浆合成气前处理系统的出气口及所述粉煤气合成气前处理系统的出气口相连通的预热器；进气口与所述预热器的出气口相连通的变换炉；所述变换炉的入口管线上设置有放空装置。本实用新型将水煤浆合成气前处理系统与粉煤气合成气前处理系统并行在一套一氧化碳变换装置中，克服了水煤浆合成气当路运行，整体负荷不能满足装置产量需求的问题，同时克服了粉煤气单路运行，易导致催化剂超温的安全隐患问题以及需要配入大量蒸汽的高成本问题，将二者并行，使高水汽比的水煤浆合成气与低水汽比的粉煤气合成气配合，能够满足下游合成装置对H2和CO含量的需求，还能避免催化剂超温，又能减少蒸汽配入，降低成本。而且，本实用新型在变换炉的入口管线上设置了放空装置，导气在进变换炉前，预先进行放空处理，能够将导气温度提高至高于露点20～30℃，解决了变换单元导气时入口温度低带水，暖管时间长等问题，缩短到期开车时间，延长催化剂使用寿命。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种一氧化碳变换装置，其特征在于，包括：
水煤浆合成气前处理系统；
粉煤气合成气前处理系统；
进气口分别与所述水煤浆合成气前处理系统的出气口及所述粉煤气合成气前处理系统的出气口相连通的预热器；
进气口与所述预热器的出气口相连通的变换炉；
所述变换炉的入口管线上设置有放空装置。
2.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，所述水煤浆合成气前处理系统包括：
水煤浆合成气气液分离器；
进气口与所述水煤浆合成气气液分离器的出气口相连通的水煤浆合成气过滤器；
所述水煤浆合成气过滤器的出气口与所述预热器的进气口相连通。
3.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，所述粉煤气合成气前处理系统包括：
粉煤气合成气气液分离器；
进气口与所述粉煤气合成气气液分离器的出气口相连通的粉煤气合成气过滤器；
进气口与所述粉煤气合成气过滤器的出气口相连通的煤气混合器；
所述煤气混合器的出气口与所述预热器的进气口相连通，且所述煤气混合器与外供蒸汽装置相连通。
4.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，所述变换炉的入口管线上设置有入口阀，出口管线上设置有出口阀；
所述放空装置设置在所述变换炉的入口管线上的入口阀前。
5.根据权利要求1或4所述的变换装置，其特征在于，所述放空装置包括放空管线和设置在所述放空管线上的放空阀；
所述放空管线与所述变换炉的入口管线相连通。
6.根据权利要求2所述的变换装置，其特征在于，所述水煤浆合成气过滤器的数量为两个，且两个水煤浆合成气过滤器之间并联。
7.根据权利要求3所述的变换装置，其特征在于，所述粉煤气合成气过滤器的数量为两个，且两个粉煤气合成气过滤器之间并联。
8.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，所述预热器的数量为两个，且两个预热器之间串联。
9.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，还包括后变换系统；
所述后变换系统包括：
进气口与所述变换炉的出气口相连通的换热器；
进气口与所述换热器的出气口相连通的洗涤淬冷器；
进气口与所述洗涤淬冷器的出气口相连通的后变换炉。
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