一种高浓度CO气体循环等温变换工艺的制作方法

本发明属于等温变换，涉及一种采用蒸汽喷射驱动循环的等温变换工艺，具体为一种高co气体循环等温变换工艺，即高浓度工业尾气(典型如电石炉气，硅锰矿尾气)的变换工艺。

背景技术：

1、近年来，由于环保需要，刺激了pbat等可降解塑料的需求，其原料bdo生产装置的建设项目也迎来高峰。但目前国内主流和新规划的bdo生产装置大多为reppe炔醛法，其原料乙炔来源于电石炉生产工艺，该工艺同时副产大量含有高co浓度的电石炉尾气。如何对电石炉气进行合理有效的利用成为提高整个bdo装置经济效益和环境效益的关键。

2、电石炉气一般含有100-150g/m-3的粉尘，少量的焦油，以及如硫、氯、磷、砷等害物质。需经过干法除尘、湿法净化和电除焦、尘等预净化处理，再通过压缩机加压后经tsa，脱砷脱氯等精净化以满足后续工艺需要的净化指标。

3、电石炉气可以用来生产合成氨、乙二醇、甲醇等多种化工产品。但考虑到炔醛法生产bdo所需的主要原料有甲醇(氧化制甲醛)和氢气，故对电石炉尾气进行变换制备合成气生产甲醇或提氢成为较为合理的利用途径，并已在多套工业装置上得到实践。

4、由于电石炉气中硫含量较低，在没有补入硫化剂的情况下无法保证耐硫变换催化剂的最低硫含量要求，故宜选用无硫等温变换工艺，具体又可分为无循环等温变换工艺和使用循环压缩机的有循环等温变换工艺。

5、其中无循环等温变换工艺具有流程简单，蒸汽消耗较小的优点。其缺点主要有以下两点：

6、(1)由于反应器进口co浓度非常高(干基co含量可达70％以上)，床层空速低，变换反应剧烈，对反应器的移热能力要求很高，在已投运的装置中，普遍出现了因反应器移热能力偏小导致床层热点温度过高的问题(超过300℃，有的甚至达到330℃，而铜系中变催化剂正常使用温区在200～300℃以内，通常推荐在260℃以内以期获得更长的使用寿命)，从而导致催化剂迅速烧结，热失活，在使用1年左右就需更换催化剂。

7、(2)高浓度co带来的另一个问题在于，当下游产品为氢气时，需提高水气比来提高变换率，而变换反应进气存在着饱和湿度的限制，增加水气比也就意味着需要提高温度或降低压力(温度越高，气体的饱和湿度越大；压力越低，气体的饱和湿度越大)，铜系变换催化剂的起活温度在180℃左右，提高入口温度即损失了催化剂的低温活性，缩短了催化剂的使用寿命；降低压力使变换系统的设备、管道尺寸增大，因此投资增加。在需要提高变换压力且同时降低入口温度的情况下，只能通过设置两段变换反应或者将变换等温反应器内的床层分段，在段间设置蒸汽补入口和再分布装置来达到深度变换的效果，但这会显著增加系统复杂度和设备投资。

8、使用循环压缩机的有循环等温变换工艺具有变换反应条件温和，床层温度容易控制，催化剂使用寿命长的优点。其主要缺点有以下2点：

9、(1)增加了动设备循环气压缩机，工艺流程更加复杂，增加了装置占地和设备管道投资(e1气气换热器到v2变换气分离器之间管道设备的处理气量变大)，同时日常操作和维护管理的工作量增大。

10、(2)工艺蒸汽、循环水、电力等公用工程耗量增加。循环压缩机进口气体需冷却分水，增加了e3变换气换热器的负荷，低温循环气还会显著拉低t1增湿控温塔的入口温度，使工艺蒸汽用量增加(调温水用量减少)或需要另设电加热器来保证变换反应进口温度，当工艺蒸汽总管压力温度突然降低时，需及时减小循环气量，否则变换进气中水蒸气冷凝后有可能带入变换等温反应器催化剂床层，引起催化剂的破碎、粉化和失活。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前针对高浓度co气体(如电石炉气)变换时，触媒床层局部放热迅速导致床层热点超温，使触媒失活的问题，提供了一种高co气体循环等温变换工艺。该工艺兼具两种工艺的优点又克服了各自的缺点，在该工艺中，通过设置蒸汽喷射器，利用变换工艺蒸汽通过喷射器内喷嘴形成低压区，将变换等温反应器出气的一部分引射回入口，降低了变换反应进气中co浓度，提高了触媒床层的空速，起到温和反应放热，强化传热的效果，显著改善了触媒使用条件，可以有效延长触媒使用寿命。

2、为了实现该发明目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

3、一种高浓度co气体循环等温变换工艺，包括以下步骤：

4、(1)气气换热：净化后的高浓度co气体与反应器出口高温变换气在变换气气换热器进行换热；

5、(2)脱氧：将步骤(1)中经换热后的气体通入脱氧塔进行脱氧处理；在该步骤，氧和不饱和烃被加氢脱除；

6、(3)增湿控温：为调节变换反应进气的水气比和温度，设置增湿控温塔，气气换热后的工艺进气在此补入工艺蒸汽与循环气的混合气体，再通过除氧水喷淋量控制温度；

7、(4)变换反应：增湿控温后的反应气进入变换等温反应器，在触媒的作用下，通过变换反应将co和h2o转化成h2和co2；反应热通过循环炉水移走并副产蒸汽。

8、(5)变换气循环:变换等温反应器出口气体(高温变换气)不经冷却分水过程，直接通过循环气蒸汽喷射器产生的循环气蒸汽喷射，被抽吸返回增湿控温塔入口；一部分经循环气蒸汽喷射器循环返回脱氧塔入口。

9、(6)热量回收：高温变换气经过变换气气换热器气气换热后，仍然具有较高的温度，结合上下游工艺，将变换气换热器作为脱碳工艺中再生塔的再沸器，以节省加热蒸汽的耗量；

10、(7)冷却分离：经换热后的变换气经过变换气冷却器冷却至40℃后再经过v2分离掉游离水后送下游脱碳工序。

11、进一步的，在该工艺中，可根据上游气体组分和变换触媒种类，除氧塔装填不同种类的触媒来脱除氧气，如可为铜系变换催化剂。

12、进一步的，在该工艺中，步骤(3)中的水气比根据下游产品所需的变换深度确定。

13、进一步的，在该工艺中，步骤(4)中，变换反应热通过循环炉水移走并在变换反应器汽包中副产蒸汽。

14、进一步的，在该工艺中，本工艺用于钴钼系触媒的耐硫变换工艺，或使用铜锌铝系触媒的无硫变换工艺中。

15、同时，本工艺对于径向反应器、轴向反应器以及轴径向反应器的反应器均可适用。

16、作为优选，考虑到变换通常使用的工艺蒸汽压力在3.0～4.0mpa之间，为保证工艺蒸汽与系统的压差所能够驱动的循环气气量，步骤(4)中变换反应压力设置在2.0～3.0mpa为宜。

17、进一步的，在本工艺中使用蒸汽喷射器，以工艺蒸汽作为动力气，将反应后的变换气引射至增湿控温塔入口，通常情况下，循环气量无需控制以充分利用工艺蒸汽能量得到更高的循环比以改善反应条件。

18、作为优选，本工艺仅为热量回收的一种方式，根据上下游工艺的不同，还可用作溴化锂热水换热或工艺流股预热。

19、作为优选，步骤(7)中变换气冷却器可根据实施项目要求拆分为空冷器和水冷器。

20、本工艺中所述的高浓度co气体通常为co浓度在78v％以上的气体，比如电石炉气和硅铁矿尾气。

21、一种用于如上所述的工艺中的高浓度co气体循环等温变换装置，该装置包括变换气气换热器、变换气换热器、变换气冷却器、增湿控温塔、脱氧塔、变换等温反应器、变换反应器汽包、变换气分离器；其中，净化气管道与气气换热器连接；气气换热器分别与变换气换热器和脱氧塔连接；变换气换热器与变换气冷却器连接后再与变换气分离器连接；脱氧塔与增湿控温塔连接；增湿控温塔与变换等温反应器连接；变换等温反应器与变换反应器汽包连接。

22、进一步的，在变换等温反应器与增湿控温塔之间的管线上设置有循环气蒸汽喷射器；变换等温反应器与变换气气换热器连接；中压过热蒸汽管与循环气蒸汽喷射器连接；除氧水罐通过管道与变换反应器汽包连接；变换反应器汽包与副产蒸汽管道连接。

23、采用该装置，具体操作流程如下：

24、(1)来自上游的净化气进入变换气气换热器，与变换等温反应器出口高温变换气换热，温度升至脱氧催化剂的起活温度后进入脱氧塔。脱氧塔内装脱氧催化剂，可以将净化气中的氧和不饱和烃进行加氢脱除。

25、(2)脱氧和不饱和烃加氢反应均为放热反应，脱氧后高温工艺气进入增湿控温塔，塔内补入工艺蒸汽与循环气的混合气体，再通过除氧水喷淋量控制温度。工艺蒸汽流量根据要求的变换深度进行控制。

26、(3)变换等温反应器出口高温变换气，一部分作为循环气，被循环气蒸汽喷射器引射返回入口，其余部分先后经过变换气气换热器-变换气换热器-变换气冷却器热交换和冷却，最终经变换气分离器分离工艺凝液后送下游脱碳工序。

27、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

28、(一)采用热气循环，本工艺的循环气无需冷却分水，同时充分利用了工艺蒸汽的能量，与使用循环压缩机的常规流程相比，既避免了高co气体直接变换造成床层热点温度过高且难以控制，又避免了冷热病，减少了工艺蒸汽消耗量和循环水的用量；减少了电耗和工艺冷凝液排放量，节能效果显著。

29、(二)循环驱动设备为蒸汽喷射器，充分利用了工艺蒸汽自身的能量，无需增加电耗，与采用循环压缩机的流程相比，工艺流程更加简单可靠，没有变换反应进气中水蒸气冷凝的风险，装置占地与设备管道投资也更小。