[发明专利]低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一氧化碳变换工艺，特别是涉及合成气中一氧化碳干基体积浓度≥50％的高浓度一氧化碳变换工艺。

背景技术

一氧化碳变换是氨合成气、羰基合成气及制氢等生产过程中的重要净化工艺过程。在一氧化碳变换过程中既清除掉过量的一氧化碳，同时又利用一氧化碳将水转化成所需要的有效气体成分氢气，再通过不同类型的反应过程生产合成氨、甲醇、氢气等化工产品。

一氧化碳变换主要工艺原理是：一氧化碳与水蒸汽在一定的温度、压力和催化剂作用下发生化学反应，化学反应式为：

CO+H₂O＝CO₂+H₂+Q

从化学方程式可以看出，随着反应的进行，系统中的水蒸汽浓度降低，温度升高，为使变换反应进行下去，直至一氧化碳的浓度符合工艺要求，工艺流程的主要任务有二：

1，降低变换气温度，使其维持在合理的范围；

2，补充变换反应消耗的水蒸汽，保证反应进行；

传统的工艺流程采用换热器(主要是废热锅炉)降低变换气的温度，在第一台变换炉前及变换炉之间给变换气补充水蒸汽维持系统中的水蒸汽浓度，并没有将上述两项任务结合起来，导致流程中设置了大量的换热器，流程复杂投资高且水蒸汽消耗也高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更加节能，即蒸汽消耗更低，更加节约投资的一氧化碳变换工艺。

为达上述目的，本发明一种低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺，一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气一次性混入反应所需的水蒸汽，所述混入水蒸汽的合成气进入变换炉进行变换反应，沿变换气流向，自第一台变换炉进口至最后一台变换炉出口之间的路径上没有设置换热器，其间变换气采用加水的方式降温。

本发明一种低蒸汽消耗的高浓度一氧化碳变换工艺，其中一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气先用该工艺系统中来自最后一台变换炉的变换气预热，所述预热在预热器中进行，反应所需的水蒸汽一次性混入所述预热后的合成气中，将水蒸汽混入合成气的过程可在预热器和第一台反应炉之间的管路上进行，也可以直接混合，或者通过静态混合器或者容器混合；然后所述混入水蒸汽的合成气进入第一台变换炉进行变换反应；变换气自第一台变换炉出来后经加水降温再进入第二台变换炉进行变换反应，依次类推，后续各台变换炉中的变换反应均按此程序进行，直至一氧化碳浓度满足工艺要求，变换炉至少设有两台，优选3-5台。加水降温可采用在变换炉之间的管路中直接喷水的方式，也可采用其它加水方式。来自最后一台变换炉的变换气，预热将要进入第一台变换炉的原料合成气后，经热回收降温及循环水冷却后气液分离，得到的一氧化碳浓度满足工艺要求的变换气送至下游工艺装置。上述热回收降温和循环水冷却及气液分离可采用的设备由一系列换热器和气液分离器组成。本发明工艺所用的催化剂是钴钼系一氧化碳耐硫宽温变换催化剂，是本领域常规催化剂。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中所述反应用水蒸汽在第一台变换炉前一次性加入，蒸汽的加入量要确保在第一台变换炉内变换反应放出的热量足够下游加入的水能够全部汽化，蒸汽的加入量也不可太多，否则变换反应放出的热量太多就需要设置换热器给变换气降温，蒸汽的加入量还取决于第一台变换炉的设计温度和其内装催化剂的最高允许工作温度。第一台变换炉内一氧化碳浓度最高，在第一台变换炉前一次性加入所需的反应用水蒸汽，为变换反应提供了足够量的水蒸汽，在反应推动力最大的第一台变换炉内，尽可能降低一氧化碳的浓度，充分利用了合成气中一氧化碳浓度高的特点，降低了后续变换炉中的反应负荷，也为后续变换炉提供了足够的热量。所述变换炉自第二台开始，后续每台变换炉利用上一台变换炉的反应热使加入到变换气中的水汽化，一方面提高了变换气中水蒸汽的浓度，另一方面降低了变换气的温度，有利于反应向生成氢气的方向进行。加水降温措施充分利用了反应热，不需要再次补充水蒸汽，降低了蒸汽消耗，体现了节能的特点；第一台变换炉与最后一台变换炉之间不需要设置换热器，降低了设备投资，简化了工艺操作，体现了节约投资的特点。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中所述一氧化碳干基体积浓度≥50％的合成气是一种以焦炭或煤为原料制造的工业煤气，主要成分是一氧化碳和氢气，一氧化碳干基体积浓度约为50～80％。

本发明的高浓度一氧化碳变换工艺，其中所述变换炉至少为两台，优选为3-5台。