[發(fā)明專(zhuān)利]一種充分利用反應(yīng)熱的高濃度CO耐硫變換工藝及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210451589.8
• 申請(qǐng)日: 2012-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103449364A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高步良;程玉春;鄧建利;李海洋;王龍江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東齊魯科力化工研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B3/16
• 分類(lèi)號(hào): C01B3/16
• 代理公司: 青島發(fā)思特專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于耐硫變換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種充分利用反應(yīng)熱的高濃度CO耐硫變換工藝及裝置。

背景技術(shù)

煤氣化所產(chǎn)生的工藝煤氣中，以Shell、GSP、東方爐、航天爐、BGL等為代表的粉煤氣化工藝所產(chǎn)生的工藝氣中CO的干基（扣除所含水分后的組成）組成大致為60%～75%。CO高達(dá)60%以上進(jìn)入變換反應(yīng)器，同樣變換反應(yīng)條件下，反應(yīng)床層下部的反應(yīng)溫度一般會(huì)接近500℃，甚至超過(guò)530℃，這樣就對(duì)反應(yīng)器的材質(zhì)提出了特殊的要求，增加了反應(yīng)器的造價(jià)，也增大了裝置操作的不安全性。

目前解決高濃度CO變換超溫的方法一種是采用高水氣比降低床層溫度，如把水氣比（水與其它氣體組分的摩爾比）提高到1.8左右可以把床層下部的溫度降至460℃以下；另一種是在主變換反應(yīng)器之前增加一個(gè)預(yù)反應(yīng)器，預(yù)變換反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)噴水降溫或者換熱降溫后再進(jìn)入主變換反應(yīng)器，也需要額外增加設(shè)備；還有一種方法是第一變換反應(yīng)器采用很低的水氣比如0.2～0.4，來(lái)限制CO的轉(zhuǎn)化率，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行水氣比越來(lái)越低，在高溫、低水氣比下存在發(fā)生甲烷化反應(yīng)的危險(xiǎn)；而且目前粉煤氣化基本上采用激冷流程，水氣比為0.8~1.2，如果采用水氣比為0.2~0.4的低水氣比變換工藝，需要先把水氣比降下來(lái)，進(jìn)入后續(xù)變換之前再補(bǔ)加水或蒸汽。

由以上可見(jiàn)，對(duì)于高濃度CO的變換系統(tǒng)，解決過(guò)熱超溫問(wèn)題以及充分利用反應(yīng)放出的熱量，是降低操作費(fèi)用、保證裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種使變換反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量得到充分利用的高濃度CO耐硫變換工藝及裝置，既無(wú)須設(shè)置預(yù)反應(yīng)器，節(jié)約設(shè)備投資；避免發(fā)生甲烷化反應(yīng)的危險(xiǎn)；又能夠有效防止變換反應(yīng)器床層溫度過(guò)高；不僅不消耗蒸汽，還可以外供中壓蒸汽。

本發(fā)明所述的充分利用反應(yīng)熱的高濃度CO耐硫變換工藝，包括多級(jí)變換，一級(jí)變換反應(yīng)器的催化劑床層分為上下兩段，經(jīng)過(guò)換熱升溫后的原料煤氣，首先進(jìn)入上段催化劑床層進(jìn)行變換反應(yīng)，再進(jìn)入下段催化劑床層進(jìn)行變換反應(yīng)，下段催化劑床層出口的一級(jí)變換氣作為中壓蒸汽發(fā)生器的熱源。

所述的中壓蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的水蒸汽可以全部進(jìn)入上下段催化劑床層之間，與上段催化劑床層出口處的氣體混合后，一起進(jìn)入下段催化劑床層進(jìn)行變換反應(yīng)。或者所述的中壓蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的水蒸汽部分進(jìn)入上下段催化劑床層之間，與上段催化劑床層出口處的氣體混合后，一起進(jìn)入下段催化劑床層進(jìn)行變換反應(yīng)，剩余蒸汽流入蒸汽管網(wǎng)。或者所述的中壓蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的水蒸汽全部流入蒸汽管網(wǎng)。

所述的水蒸汽為接近飽和狀態(tài)的水蒸汽、飽和水蒸氣或者過(guò)熱水蒸汽。

所述的原料煤氣可以與下段催化劑床層出口的一級(jí)變換氣進(jìn)行換熱，一級(jí)變換氣再流入中壓蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生水蒸汽。原料煤氣也可以與二級(jí)變換氣進(jìn)行換熱。

粉煤氣化工藝所產(chǎn)生的工藝氣的主要成分為CO、H₂、CO₂和水，另外還有少量的N₂、H₂S、COS、CH₄等，其中CO的干基組成大致為60%～75%，水氣比0.15~1.3，如：Shell氣化后接廢熱鍋爐水氣比為0.2左右，其它粉煤氣化如果采用激冷工藝水氣比為0.8~1.2。進(jìn)入變換單元的氣體壓力一般為3.5~6.5MPa。

變換反應(yīng)（CO+H₂O→CO₂+H₂）是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑床層溫度逐漸升高。水是反應(yīng)物，水氣比大，有利于提高變換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率；同時(shí)由于水的比熱比較大，因此水也是熱的載體，水氣比大有利于降低催化劑床層溫度。水氣比還對(duì)工藝氣體進(jìn)入催化劑床層的溫度有影響，為防止液體水進(jìn)入催化劑床層，一般要求入口溫度比露點(diǎn)溫度高20℃以上；水氣比越高，露點(diǎn)溫度越高，相應(yīng)要求床層入口溫度越高。

粉煤氣化CO的干基組成一般在60%以上，水氣比無(wú)論是0.2左右，還是0.8~1.2，一級(jí)變換反應(yīng)器的床層熱點(diǎn)溫度都在400℃以上，因此一級(jí)變換出口氣體可以作為產(chǎn)生4.0MPa、250℃左右的中壓蒸汽的熱源，所產(chǎn)生的中壓蒸汽可以引入變換反應(yīng)器，提高變換反應(yīng)的水氣比。同時(shí)一級(jí)變換出口氣體經(jīng)中壓蒸汽發(fā)生器（中壓廢熱鍋爐）后溫度得以降低，有助于降低二級(jí)變換反應(yīng)器入口溫度。