[发明专利]一种饱和热水塔高水气比CO变换工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO变换工艺，具体指一种饱和热水塔高水气比CO变换工艺。

背景技术

我国本世纪初先后引进了十多套采用壳牌粉煤气化工艺的大型煤化工装置，此技术商业化运营仅限于使用净化后的粗合成气燃气蒸汽联合循环发电装置，不需要设置CO变换工序。但将此技术用于造气来配套合成氨、制氢、合成甲醇等装置时就面临高浓度CO变换技术难题。

现有的高浓度高水气比CO变换工艺，其流程特点是在预变换炉入口添加大量的中压过热蒸汽，使水/干气摩尔比达到1.30以上，然后分段进行变换反应，最终变换气出口CO干基体积含量一般不高于0.4％。采用高水气比变换的目的是防止变换炉超温，设置预变换炉主要是考虑先将粗煤气中的CO含量适当降低，使预变后的变换气中CO含量接近德士古水煤浆气化出口粗煤气中的CO含量，因为水煤浆气化所配置的变换流程是成熟可靠的，但高浓度高水气比CO变换工艺在实际运行中仍然暴露出以下问题：

1)中压蒸汽消耗大：由于壳牌粉煤气化余热回收采用废热锅炉，气化工序送出的粗煤气水/干气摩尔比小于0.2，要在预变前将粗煤气水/干气摩尔比一次性提高到1.30，需加入大量的中压过热蒸汽来增湿和调节温度，因此高水气比变换工艺中压蒸汽消耗大，装置能耗高。

2)预变炉易超温：进入预变炉的粗煤气经过增湿，此时CO浓度和水气比均处于最高值，因此反应推动力也最大。另外预变炉内的变换反应深度是由催化剂的装填量来控制，而不是平衡控制，所以预变催化剂装填量要求必须精准，否则会显著影响床层热点温度，容易造成预变催化剂床层超温。但在实际生产中预变催化剂装填量需要考虑催化剂老化和更换周期，设计中均有一定的装填余量，在预变催化剂使用初期容易出现床层超温问题。

3)预变催化剂寿命短：进入预变炉的粗煤气此时水气比处于最高值，水蒸气分压大，露点温度高，操作稍有不慎就易造成预变催化剂泡水板结，活性迅速衰减，系统压降显著增大，不得不频繁更换，严重影响变换装置稳定长周期运行，增加了运行能耗和操作费用。

如申请号为200710068401.0的中国发明专利所公开的《一种与粉煤气化配套的CO变换工艺》，其预变换炉水/干气摩尔比为1.3～1.5。过高的水气比使预变换催化剂操作环境恶化，在实际生产中预变换催化剂短期内活性就急剧衰退并且板结，系统压降显著增加，预变催化剂更换频繁，影响变换装置的长周期稳定运行，并且此变换流程的中压过热蒸汽消耗严重偏大，增加了企业的生产成本。

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饱和热水塔高水气比CO变换工艺，以解决高浓度高水气比变换工艺中的中压过热蒸汽消耗大、能耗高，预变换催化剂使用寿命短、失活快、更换频繁等问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该饱和热水塔高水气比CO变换工艺，其特征在于包括下述步骤：

由粉煤气化工段送来的饱和了水蒸气的粗煤气首先送入气液分离器分离出液相；

从气液分离器顶部出来的粗煤气从饱和塔的下部进入饱和塔，与从上部进入饱和塔的来自热水塔工艺循环水出口的换热后温度为200℃～220℃的工艺循环水逆流接触进行传热传质，控制出饱和塔的粗煤气的温度为190～210℃、水/干气摩尔比为0.7～1.0；工艺循环水从饱和塔底部出来从工艺循环水入口送回热水塔；

增湿提温后的粗煤气从饱和塔顶部送出，然后与中压过热蒸汽以及中压饱和蒸汽混合后送入第一变换炉进行深度变换反应；控制进入第一变换炉的粗煤气的温度为250℃～280℃、水/干气摩尔比为1.3～1.5；

出第一变换炉的一变混合气换热后送入第二变换炉进行二次变换；控制进入第二变换炉的一变混合气的温度为230℃～260℃；

出第二变换炉的二变混合气换热至210℃～220℃后进入第三变换炉继续反应；

出第三变换炉的三变混合气换热降温后从热水塔的三变混合气入口进入热水塔，依次与热水塔中部喷淋下来的工艺循环水、热水塔上部喷淋下来的净化工艺冷凝液以及中压锅炉水进行逆流传质传热；在热水塔的顶部得到变换混合气，在热水塔的底部得到工艺循环水；

上述热水塔中工艺循环水与净化冷凝液和中压锅炉水的摩尔比为7.0～10.0，并且该工艺循环水的用量与进入气液分离器的干基粗煤气的摩尔比为4.0～6.0。