高濃度co部分耐硫變換工藝系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高濃度C0部分耐硫變換工藝系統。
【背景技術】
[0002]近十年來，受石油資源日趨緊張的影響，我國的煤化工轉入了一個快速發展的階段，以煤為原料的各生產項目紛紛啟動。國家發改委關于煤炭資源綜合利用產業政策出臺后，以煤替代石油、天然氣等作為化工原料通過煤氣化生產合成氣，再由合成氣制下游產品如合成氨、甲醇、二甲醚、制氫、烯烴、合成油、IGCC發電等是進入二^^一世紀我國能源替代的主要技術路線，因此，各種煤氣化技術在我國得到了空前的推廣和發展。
[0003]目前，國內外先進的煤氣化工藝中，工業上廣泛應用的是氣流床工藝，主要包括水煤漿氣化和粉煤氣化兩大類，其中粉煤氣化因高溫合成氣的冷卻方式不同又分為廢鍋型和激冷型兩類。具有代表性的廢鍋型流程包括國外引進的Shell粉煤氣化工藝，激冷型流程包括國外引進的GSP粉煤氣化工藝和國內自主開發的“東方爐”、“航天爐”粉煤氣化工藝等。這些氣化裝置產出的合成氣通常用來制氫、合成氨、甲醇、合成油、羰基合成產品等。根據下游產品的不同，與這些氣化裝置配套的一氧化碳變換主要分為兩大類:一類是要求C0基本達到完全變換，如煤制氫、煤制合成氨等；另一類是要求C0只達到部分變換，如煤制甲醇、煤制油、煤制羰基合成產品等。
[0004]國內煤氣化的發展由水煤漿氣化、廢鍋型粉煤氣化、激冷型粉煤氣化相對逐步漸次發展，水煤漿氣化如德士古水煤漿氣化、廢鍋型粉煤氣化如Shell粉煤氣化工藝等相對成熟，相關變換工藝及專利多為與上述兩類配套。由于激冷型粉煤氣化的特點，與之配套的變換工藝及專利，特別是部分變換工藝及專利相對較少。粉煤氣化粗合成氣的C0干基含量較水煤漿產粗氣高10 %?20 %，達到60 %?70 %，變換反應的推動力大，反應劇烈，非常容易造成變換爐超溫。激冷型粉煤氣化粗合成氣的水氣比介于傳統的高、低水氣比之間，為0.7?1.0。水氣比在此區間時，高濃度C0變換反應最為劇烈，溫度可高達500°C以上，需要通過降低水氣比或補加過量蒸汽提高水氣比或采用其他手段才能控制住反應溫度。
[0005]目前，與激冷型粉煤氣化流程配套下游為甲醇、煤制油、煤制羰基合成產品的高濃度C0部分耐硫變換工藝主要有:提高水氣比、控制催化劑裝填量、降低水氣比。
[0006]其中，提高水氣比變換工藝是通過在粗合成氣中補加過量蒸汽至高水氣比來完成變換反應，例如，公開號為CN101050390A的中國發明專利《一種與粉煤氣化配套的C0變換工藝》(申請號:200710068401.0)，利用水蒸氣熱容量大的特點使高水氣比變換氣中的過量水蒸氣成為很好的熱載體，抑制了反應后的溫升，從而控制變換爐超溫，這是傳統的變換控溫方式。另外還有改進型的高水氣比分股變換工藝，其是將粗合成氣分為兩股，僅將其中一股配蒸汽至高水氣比的工藝。即:將粗合成氣合理分為兩股，將某一股配加蒸汽至高水氣比進入第一變換爐進行深度變換反應，且使反應接近平衡，靠高水氣比和化學平衡控制第一變換爐超溫。水氣比可隨粗合成氣C0濃度進行調整，濃度高時，水氣比可適當提高。出口變換氣經熱回收后再與未反應的另一股粗合成氣混合進入第二變換爐，此時混合變換氣的CO濃度基本接近水煤漿氣化粗合成氣的C0濃度。該濃度下的變換反應較緩和，變換爐出口不再有超溫危險。離開第二變換爐的變換氣經換熱冷卻后，再進入后變換爐繼續反應，最終使變換氣的比含量達到要求。設計該工藝的中國專利如申請號為CN201010295888.8的《一種高濃度C0耐硫變換工藝》、申請號為CN201110132692.1的《煤制甲醇凈化裝置中控制C0/H2摩爾比的方法》等。
[0007]控制催化劑裝填量變換工藝是指將中水氣比為0.7?1.0的粗合成氣在不補加蒸汽也不減少蒸汽的前提下全部進入第一變換爐進行反應，而后續的變換爐則采用低水氣比工藝，反應需補充的水分用淬水替代，基本不需添加蒸汽。通過在第一變換爐中少裝催化劑，即控制催化劑裝量的辦法使反應遠離平衡而達到控制反應深度和溫度的目的。由于中水氣比的變換氣屬于高濃度變換反應超溫的敏感區，因此要求較準確地計算催化劑的裝量，應與變換爐的進氣量、水氣比及C0濃度相適應。如果催化劑裝量偏多，則會造成反應深度加大而導致超溫。由此也帶來一些問題:如果催化劑的裝填量固定不變，則在裝置開車初期生產負荷較低時，會造成催化劑的運行空速減小，導致粗合成氣反應深度加大而超溫。為了解決這一難題，申請號為CN201020561656.8的中國實用新型專利《一種用于高濃度C0原料氣進行變換反應的反應器》提供了一種變換爐的分層裝填分段進氣專利技術。其在保證催化劑活性指標的前提下，在催化劑層間設置原料氣激冷線，不僅可以起到降低床層溫度的作用，而且可以根據負荷變化決定激冷線的開關，從而將床層溫度調節在要求的范圍之內。從已投用裝置的使用情況來看，采用分層裝填的反應器，可以滿足30%低負荷開車時變換爐溫度控制的需要，保證變換爐不超溫運行。
[0008]降低水氣比變換工藝是要求各變換爐入口均維持低水氣比在0.15?0.5之間，且分別在較低溫度下反應。通過維持低水氣比來控制變換反應的平衡，進而控制反應深度和床層溫度，達到在熱點溫度較低且不足以發生甲烷化副反應的前提下，將高濃度的C0通過逐級部分變換，最終得到希望的氣體組成。當水/氣至0.25，床層的熱點溫度低于400°C時，發生甲烷化副反應的可能性已很小，因此各變換爐入口水/氣的選取要保證床層的熱點溫度低于400°C，以避免甲烷化副反應引起的超溫。各變換爐均采用含有抑制甲烷化副反應的低溫變換催化劑。涉及該工藝技術的專利如申請號為CN201010548457.8的《一種低水氣比串中水氣比的C0變換工藝》、申請號為CN201010612224.X的《粉煤氣化低水氣比全低溫激冷C0耐硫變換工藝》、申請號為CN201110413213.3的《一種穩定高濃度C0原料氣變換過程的控制方法》等。
[0009]然而，上述激冷型粉煤氣化產出的粗合成氣屬于中水氣比粗合成氣，用于制甲醇、煤制油、煤制羰基合成產品時其水氣是過剩的。部分變換時粗合成氣自身所帶水蒸氣能滿足C0/H2摩爾比要求的變換率，可以不補加蒸汽，而如果采用全低水氣比變換工藝，則需要先將粗合成氣水氣比從0.7?1.0降至0.2左右，水量損失較多，后續變換反應又都需要補加大量蒸汽及水，經濟上并不合理。主要缺點是:為了控制床層的熱點溫度，每段變換反應的深度不能太高，因此需要的變換反應段數較多，且溫度控制不好時可能產生甲烷化副反應；如果采用全高水氣比變換工藝，由于該粗合成氣的C0濃度非常高，為了控制第一變換爐溫度，須將粗合成氣全量配水氣比至過量進第一變換爐，蒸汽消耗過高。例如，申請號為200710068401.0的中國發明專利申請公開了《一種與粉煤氣化配套的C0變換工藝》，其預變換爐水/干氣摩爾比為1.3?1.5。過高的水氣比使預變換催化劑操作環境惡化，在實際生產中，預變換催化劑在短期內活性急劇衰退并且板結，系統壓降顯著增加，催化劑更換頻繁，影響裝置的長周期穩定運行，并且此變換流程的中壓過熱蒸汽消耗偏大，增加了企業的生產成本。高水氣比分股變換工藝通過熱力學控制變換爐超溫，此時反應體系已接近化學平衡，反應本身已達到了很高溫度，是依靠熱容量很大的過量水蒸氣取熱達到了降溫目的。如申請號為CN201010295888.8的中國發明專利《一種高濃度C0耐硫變換工藝》，控制催化劑裝填量變換工藝是通過動力學控制變換反應超溫，此時反應體系離平衡位置尚遠，反應物出變換爐時溫度本身就不高。控制催化劑裝填量變換工藝主要缺點是:變換反應溫度控制的影響因素較多，催化劑的裝量、原料氣負荷、水氣比的波動均影響反應溫度，操作控制系統設計較復雜。對于制甲醇，所需變換率不高，該粗合成氣的水氣比過剩，若采用高水氣比分股變換工藝，則在其中一股粗合成氣中仍需添加大量蒸汽至高水氣比后進入第一變換爐以控制超溫，造成蒸汽和熱量浪費的同時，還增加了后續工段管線設備的投資和冷凝液處理的負擔。
[0010]由上述可見，國內與激冷型粉煤氣化配套的一氧化碳變換工藝雖然在一定程度上解決了高濃度C0變換問題，但均存在著各自的缺點，需要改進。
【實用新型內容】
[0011]本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種能獲得理想的C0/H2比、能大幅降低變換反應的水氣比、能量回收效果好且可操作性強的高濃度C0部分耐硫變換工藝系統。
[0012]本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種高濃度C0部分耐硫變換工藝系統，包括粗合成氣主路，其特征在于:所述粗合成氣主路在出口處分隔為第一分路及第二分路，所述第一分路的出口連接有第一變換爐，該第一變換爐的出口與第二分路的出口匯合后與第二變換爐的進口連接，該第二變換爐出口與一變換氣分離器連接，所述變換氣分離器的出口管道上設置有在線氫碳比分析儀，所述第二變換爐的進口管道與出口管道之間設置有一分管道，該分管道上設置有第一閥門，該第一閥門與在