專利名稱：低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一氧化碳變換工藝，特別是涉及合成氣中一氧化碳干基體積濃度 ^ 50%的高濃度一氧化碳變換工藝。
背景技術(shù)：
一氧化碳變換是氨合成氣、羰基合成氣及制氫等生產(chǎn)過(guò)程中的重要凈化工藝過(guò)程。在一氧化碳變換過(guò)程中既清除掉過(guò)量的一氧化碳，同時(shí)又利用一氧化碳將水轉(zhuǎn)化成所需要的有效氣體成分氫氣，再通過(guò)不同類型的反應(yīng)過(guò)程生產(chǎn)合成氨、甲醇、氫氣等化工產(chǎn)
品一氧化碳變換主要工藝原理是一氧化碳與水蒸汽在一定的溫度、壓力和催化劑作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式為CCHH2O = C02+H2+Q從化學(xué)方程式可以看出，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，系統(tǒng)中的水蒸汽濃度降低，溫度升高， 為使變換反應(yīng)進(jìn)行下去，直至一氧化碳的濃度符合工藝要求，工藝流程的主要任務(wù)有二 1，降低變換氣溫度，使其維持在合理的范圍；2，補(bǔ)充變換反應(yīng)消耗的水蒸汽，保證反應(yīng)進(jìn)行；傳統(tǒng)的工藝流程采用換熱器(主要是廢熱鍋爐)降低變換氣的溫度，在第一臺(tái)變換爐前及變換爐之間給變換氣補(bǔ)充水蒸汽維持系統(tǒng)中的水蒸汽濃度，并沒有將上述兩項(xiàng)任務(wù)結(jié)合起來(lái)，導(dǎo)致流程中設(shè)置了大量的換熱器，流程復(fù)雜投資高且水蒸汽消耗也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種更加節(jié)能，即蒸汽消耗更低，更加節(jié)約投資的一氧化碳變換工藝。為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝，一氧化碳干基體積濃度>50%的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成氣進(jìn)入變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)，沿變換氣流向，自第一臺(tái)變換爐進(jìn)口至最后一臺(tái)變換爐出口之間的路徑上沒有設(shè)置換熱器，其間變換氣采用加水的方式降溫。本發(fā)明一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝，其中一氧化碳干基體積濃度 >50%的合成氣先用該工藝系統(tǒng)中來(lái)自最后一臺(tái)變換爐的變換氣預(yù)熱，所述預(yù)熱在預(yù)熱器中進(jìn)行，反應(yīng)所需的水蒸汽一次性混入所述預(yù)熱后的合成氣中，將水蒸汽混入合成氣的過(guò)程可在預(yù)熱器和第一臺(tái)反應(yīng)爐之間的管路上進(jìn)行，也可以直接混合，或者通過(guò)靜態(tài)混合器或者容器混合；然后所述混入水蒸汽的合成氣進(jìn)入第一臺(tái)變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；變換氣自第一臺(tái)變換爐出來(lái)后經(jīng)加水降溫再進(jìn)入第二臺(tái)變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)，依次類推，后續(xù)各臺(tái)變換爐中的變換反應(yīng)均按此程序進(jìn)行，直至一氧化碳濃度滿足工藝要求，變換爐至少設(shè)有兩臺(tái)，優(yōu)選3-5臺(tái)。加水降溫可采用在變換爐之間的管路中直接噴水的方式，也可采用其它加水方式。來(lái)自最后一臺(tái)變換爐的變換氣，預(yù)熱將要進(jìn)入第一臺(tái)變換爐的原料合成氣后，經(jīng)熱回收降溫及循環(huán)水冷卻后氣液分離，得到的一氧化碳濃度滿足工藝要求的變換氣送至下游工藝裝置。上述熱回收降溫和循環(huán)水冷卻及氣液分離可采用的設(shè)備由一系列換熱器和氣液分離器組成。本發(fā)明工藝所用的催化劑是鈷鉬系一氧化碳耐硫?qū)挏刈儞Q催化劑，是本領(lǐng)域常規(guī)催化劑。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述反應(yīng)用水蒸汽在第一臺(tái)變換爐前一次性加入，蒸汽的加入量要確保在第一臺(tái)變換爐內(nèi)變換反應(yīng)放出的熱量足夠下游加入的水能夠全部汽化，蒸汽的加入量也不可太多，否則變換反應(yīng)放出的熱量太多就需要設(shè)置換熱器給變換氣降溫，蒸汽的加入量還取決于第一臺(tái)變換爐的設(shè)計(jì)溫度和其內(nèi)裝催化劑的最高允許工作溫度。第一臺(tái)變換爐內(nèi)一氧化碳濃度最高，在第一臺(tái)變換爐前一次性加入所需的反應(yīng)用水蒸汽，為變換反應(yīng)提供了足夠量的水蒸汽，在反應(yīng)推動(dòng)力最大的第一臺(tái)變換爐內(nèi)， 盡可能降低一氧化碳的濃度，充分利用了合成氣中一氧化碳濃度高的特點(diǎn)，降低了后續(xù)變換爐中的反應(yīng)負(fù)荷，也為后續(xù)變換爐提供了足夠的熱量。所述變換爐自第二臺(tái)開始，后續(xù)每臺(tái)變換爐利用上一臺(tái)變換爐的反應(yīng)熱使加入到變換氣中的水汽化，一方面提高了變換氣中水蒸汽的濃度，另一方面降低了變換氣的溫度，有利于反應(yīng)向生成氫氣的方向進(jìn)行。加水降溫措施充分利用了反應(yīng)熱，不需要再次補(bǔ)充水蒸汽，降低了蒸汽消耗，體現(xiàn)了節(jié)能的特點(diǎn)；第一臺(tái)變換爐與最后一臺(tái)變換爐之間不需要設(shè)置換熱器，降低了設(shè)備投資，簡(jiǎn)化了工藝操作，體現(xiàn)了節(jié)約投資的特點(diǎn)。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述一氧化碳干基體積濃度>50%的合成氣是一種以焦炭或煤為原料制造的工業(yè)煤氣，主要成分是一氧化碳和氫氣，一氧化碳干基體積濃度約為50 80%。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述變換爐至少為兩臺(tái)，優(yōu)選為3-5臺(tái)。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中沿變換氣流向自第一臺(tái)變換爐進(jìn)口至最后一臺(tái)變換爐出口之間的路徑上，變換爐之間的變換氣降溫所用的水可以是變換氣降溫產(chǎn)生的凝液，該凝液可以是經(jīng)過(guò)汽提處理的變換氣降溫產(chǎn)生的工藝凝液，也可以不經(jīng)汽提處理直接使用變換氣降溫產(chǎn)生的工藝凝液，或者使用鍋爐水，所述鍋爐水是指經(jīng)過(guò)脫鹽除氧的高純度水，為化工領(lǐng)域常用的高純度水。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中所述混入水蒸汽的合成氣進(jìn)入第一臺(tái)變換爐入口溫度范圍為200°C _290°C，但是不得低于工藝氣露點(diǎn)溫度和催化劑起活溫度。進(jìn)入第一臺(tái)變換爐的混入水蒸汽的合成氣水/氣體積比為0. 4-1. 1，所述水氣比是指含水蒸汽的合成氣中水蒸汽與干基合成氣的體積比，干基合成氣即不含水分的合成氣。水氣比的控制主要是通過(guò)流量控制閥控制水蒸汽的加入量，因?yàn)樵虾铣蓺饨M成及含水量基本穩(wěn)定，所以不同的蒸汽加入量，就對(duì)應(yīng)不同的水氣比。本發(fā)明所用的催化劑是鈷鉬系一氧化碳耐硫?qū)挏刈儞Q催化劑，是一種本領(lǐng)域通用型催化劑。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中除最后一臺(tái)變換爐外，每臺(tái)變換爐的反應(yīng)熱全部用于使加入到變換氣中的水汽化，用于補(bǔ)充下一臺(tái)變換爐反應(yīng)所需的水蒸汽。本發(fā)明的高濃度一氧化碳變換工藝，其中，來(lái)自最后一臺(tái)變換爐的變換氣預(yù)熱將進(jìn)入第一臺(tái)變換爐的原料合成氣后，再經(jīng)熱回收降溫和循環(huán)水冷卻后氣液分離，氣液分離得到的變換氣送下游工序。所述熱回收可采用副產(chǎn)蒸汽、預(yù)熱鍋爐水、預(yù)熱脫鹽水等方法，得到的液相凝液主要成分是水，含少量&S、NH3、CO2及微量的CO、H2、隊(duì)等，該凝液可直接用于變換氣降溫，也可經(jīng)汽提處理除去溶入其中的微量組分后再用于變換氣降溫，所述工藝凝液經(jīng)過(guò)汽提處理，避免了微量組分的循環(huán)累計(jì)，提高了變換氣的純度，減少了設(shè)備腐蝕。


圖1為本發(fā)明低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝的工藝流程示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-預(yù)熱器；2-第一變換爐；3-第二變換爐；4-第三變換爐；5-汽提塔；6-高壓泵；7-低壓泵。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖、實(shí)施例和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例實(shí)施背景合成氣產(chǎn)自殼牌煤氣化裝置，用于年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成氨裝置，變換催化劑初期，平衡溫距20°C。如圖1所示，自殼牌煤氣化裝置的合成氣l(^8MNm3/h，一氧化碳干基體積濃度為 64. 5%，首先進(jìn)入預(yù)熱器1，在預(yù)熱器1內(nèi)利用自第三變換爐4出來(lái)的變換氣的熱量預(yù)熱到 209°C，合成氣出預(yù)熱器1后一次性混入反應(yīng)所需的壓力為42barg的飽和水蒸汽26. 5t/ h，混合后水氣比0. 533 (合成氣用標(biāo)方/小時(shí)，蒸汽用噸/小時(shí)計(jì)，為本領(lǐng)域慣例)，然后進(jìn)入第一變換爐2進(jìn)行變換反應(yīng)。自第一變換爐2出來(lái)的變換氣溫度475°C，CO干基濃度 20. 3% (V/V)，噴入經(jīng)汽提處理的工藝凝液，工藝凝液經(jīng)高壓泵6升壓，加入量為25. 2t/h， 將變換氣降溫后進(jìn)入第二變換爐3繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)。自第二變換爐3出來(lái)的變換氣溫度為317°C，CO干基濃度4. 8% (V/V)，噴入經(jīng)汽提處理的工藝凝液14. Ot/h，將變換氣降溫后進(jìn)入第三變換爐4繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)。自第三變換爐4出來(lái)的變換氣溫度225°C，CO干基濃度1. 0 % (V/V)，首先進(jìn)入預(yù)熱器1將自殼牌煤氣化裝置的合成氣預(yù)熱至209 °C，然后在換熱器中經(jīng)熱回收降溫及循環(huán)水冷卻后在氣液分離器中分離出氣相和液相。氣相的主要成分是氫氣和二氧化碳，送去下游裝置，液相收集后進(jìn)入汽提塔5，在汽提塔5內(nèi)用^arg低壓蒸汽汽提，汽提塔5頂部得到的酸性氣體送去下游裝置處理或送至火炬燃燒處理，汽提塔5底部得到的凝液一部分用高壓泵6分別送至第一變換爐2和第二變換爐3之間、第二變換爐3 和第三變換爐4之間，和變換氣混合，用于對(duì)變換氣降溫并增加變換氣的水蒸汽濃度，剩余的工藝凝液用低壓泵7送到其他裝置再次利用或送至廢水處理場(chǎng)進(jìn)一步處理回收利用。與傳統(tǒng)的高水氣比變換工藝和低水氣比變換工藝比較結(jié)果見下表
權(quán)利要求
1.一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝，其特征在于一氧化碳干基體積濃度 >50%的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成氣進(jìn)入變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)，沿變換氣流向，自第一臺(tái)變換爐進(jìn)口至最后一臺(tái)變換爐出口之間的路徑上沒有設(shè)置換熱器，其間變換氣采用加水的方式降溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述變換爐為2-5臺(tái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于沿變換氣流向自第一臺(tái)變換爐進(jìn)口至最后一臺(tái)變換爐出口之間的路徑上的變換氣降溫所用的水是變換氣降溫產(chǎn)生的凝液或鍋爐水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于除最后一臺(tái)變換爐外，每臺(tái)變換爐的反應(yīng)熱全部用于使加入到變換氣中的水汽化，補(bǔ)充下一臺(tái)變換爐反應(yīng)所需的水蒸汽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述一氧化碳干基體積濃度>50%的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽后水/氣體積比為0. 4-1. 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低蒸汽消耗的高濃度一氧化碳變換工藝。本發(fā)明工藝，一氧化碳干基體積濃度≥50％的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成氣進(jìn)入變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)，沿變換氣流向自第一臺(tái)變換爐進(jìn)口至最后一臺(tái)變換爐出口之間的路徑上沒有設(shè)置換熱器，其間變換氣采用加水的方式降溫；所述一氧化碳干基體積濃度≥50％的合成氣一次性混入反應(yīng)所需的水蒸汽后水/氣體積比為0.4-1.1。本發(fā)明的一氧化碳變換工藝能降低蒸汽消耗且節(jié)省投資費(fèi)用。
文檔編號(hào)C01B3/16GK102442643SQ20111029595
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者萬(wàn)克西, 胡健, 陳萍, 馬連強(qiáng), 魯曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)寰球工程公司