煤气化制甲醇变换系统及变换方法与流程

本发明属于煤化工技术领域，涉及一种煤气化制甲醇变换系统及变换方法。

背景技术：

在甲醇合成中，变换工艺是指粗煤气借助催化剂作用，在一定温度下，与水蒸汽进行化学反应，一氧化碳生成二氧化碳和氢气的过程。通过变换反应既除去了粗煤气中的一氧化碳，又得到甲醇合成气，因此，变换工艺既是甲醇合成中的转化工序，又是净化工序。

在煤气化后制产品时，粗煤气在较高的汽气比时，若co含量高、压力低的粗煤气以及co含量低、压力高的粗煤气进行变换制甲醇时，存在以下问题：催化剂的床层温度高较难控制，导致催化剂活性不好；系统热利用不合理，热利用率低，由于co含量和压力不同时所采用的变换工艺也不相同，且工艺较为复杂。

技术实现要素：

为了解决背景技术中热利用不合理、催化剂活性不好、工艺复杂的问题，本发明提供一种热利用合理，催化剂活性好、寿命长，工艺设备简单，变换系统运行稳定且适用范围较大的煤气化制甲醇变换系统及变换方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种煤气化制甲醇变换系统，其特征在于：所述煤气化制甲醇变换系统包括分离器(1)、脱毒槽、变换炉以及蒸汽过热器；

所述分离器上设置有入口、顶部出口以及底部出口；所述变换炉和蒸汽过热器上均设置有壳程入口、壳程出口、管程入口以及管程出口；

所述分离器的顶部出口分为两个支路，其中一个支路是分离器的顶部出口经与脱毒槽与变换炉的壳程入口相连；所述变换炉的壳程出口分为两个支路，其中一个支路与蒸汽过热器的壳程入口相连。

进一步，所述煤气化制甲醇变换系统还包括第一蒸汽管路以及第二蒸汽管路，所述第一蒸汽管路与变换炉的壳程入口相连；所述第二蒸汽管路分别与变换炉的管程入口以及与蒸汽过热器的管程入口相连。

进一步，所述第一蒸汽管路上还设置有阀门。

进一步，所述煤气化制甲醇变换系统还包括换热器，所述分离器的顶部出口经换热器与脱毒槽入口相连；所述变换炉的壳程出口另一支路与换热器相连。

进一步限定，所述变换炉的壳程中设置有催化剂床层；所述催化剂床层为耐硫变换催化剂床层。

进一步限定，所述变换炉为螺旋管式变换炉，所述蒸汽过热器为螺旋管式蒸汽过热器。

一种煤气化制甲醇的变换方法，其特征在于：所述变换方法包括以下步骤：

1)煤气化后粗煤气通过分离器入口进入分离器中，经水煤气分离后从分离器的顶部出口分为两个支路流出，其中一个支路是部分分离后的粗煤气流向步骤2)；另一支路是部分分离后的粗煤气直接进入变换后续系统制甲醇；

2)从步骤1)中流出的部分分离后的粗煤气依次经换热器以及脱毒槽后进入变换炉(3)的壳程入口，在变换炉壳程中催化剂床层中催化剂的作用下发生变换反应，根据煤气化后的粗煤气的压力、汽气比以及粗煤气中co的含量，打开或者关闭第一蒸汽管路上的阀门；同时来自管外的饱和蒸汽从第二蒸汽管路中进入变换炉管程入口，在变换炉壳程中发生变换反应时进行热量交换转移，保证变换反应壳程中的温度；经变换后的粗煤气从变换炉壳程出口出来后分为两路；其中一路是部分变换后的粗煤气经换热器直接进入变换后系统制甲醇；另一路是部分变换后的粗煤气进入步骤3)；

3)从步骤2)流出的部分变换后的粗煤气从蒸汽过热器壳程入口进入蒸汽过热器壳程中；同时来自管外的饱和蒸汽从第二蒸汽管路中进入蒸汽过热器管程中；蒸汽过热器壳程中流过的部分变换后的粗煤气将其热量转移给蒸汽过热器管程中流动的饱和蒸汽；最终，部分变换后的粗煤气经过蒸汽过热后从蒸汽过热器壳程出口流向变换后系统制甲醇，来自管外的饱和蒸汽经蒸汽过热后从蒸汽过热器管程出口流向过热蒸汽管网。

进一步限定，所述步骤1)中煤气化后粗煤气是汽气比为0.6-0.9、压力为5.5-6.5mpa、co的含量为35-40％的粗煤气或汽气比为0.6-0.9、压力为3.0-4.5mpa、co的含量为60-80％的粗煤气。

进一步的限定，所述步骤2)中第一蒸汽管路上的阀门打开或者关闭的操作方法是：当步骤1)所述煤气化后粗煤气是汽气比为0.6-0.9、压力为3.0-4.5mpa、co的含量为60-80％的粗煤气时，打开第一蒸汽管路上的阀门，来自管外的饱和蒸汽从第一蒸汽管路通入变换炉的壳程中；当所述步骤1)中煤气化后粗煤气是汽气比为0.6-0.9、压力为5.5-6.5mpa、co的含量为35-40％的粗煤气时，则关闭第一蒸汽管路上的阀门。

进一步限定，所述第一蒸汽管路中的饱和蒸汽是3.2～5.0mpa饱和蒸汽；所述第一蒸汽管路中流入的饱和蒸汽压力略大于煤气化后粗煤气的压力；所述第二蒸汽管路中的饱和蒸汽是2.5mpa饱和蒸汽。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的煤气化制甲醇变换系统，包括分离器、脱毒槽、变换炉以及蒸汽过热器；分离器的顶部出口分为两个支路，其中一个支路是分离器的顶部出口经与脱毒槽与变换炉的壳程入口相连；所述变换炉的壳程出口分为两个支路，其中一个支路与蒸汽过热器的壳程入口相连；煤气化制甲醇变换系统还包括第一蒸汽管路以及第二蒸汽管路，第一蒸汽管路与变换炉的壳程入口相连；第二蒸汽管路分别与变换炉的管程入口以及与蒸汽过热器的管程入口相连；第一蒸汽管路上还设置有阀门。本发明提出的变换工艺热量利用合理，设备简单、易操作且成本低。

2、本发明提供的第一蒸汽管路中的饱和蒸汽是3.2～5.0mpa饱和蒸汽；第二蒸汽管路中的饱和蒸汽是2.5mpa饱和蒸汽；第一蒸汽管路上设置有阀门，当煤气化后粗煤气是汽气比为0.6-0.9、压力较低、co的含量较高时，打开第一蒸汽管路上的阀门，3.2～5.0mpa的饱和蒸汽从第一蒸汽管路通入变换炉的壳程中；且第一蒸汽管路中流入的3.2～5.0mpa饱和蒸汽压力略大于煤气化后粗煤气的压力，防止流入变换炉中的粗煤气发生露点，影响变换效果；而2.5mpa饱和蒸汽部分进入变换炉的管程用以交换转移变换炉壳程中的反应热量，降低催化剂的床层温度，保证变换炉中的温度在催化剂操作温度范围，催化剂的使用寿命得以延长；且热交换效果好，系统热量利用合理。

3、本发明变换炉为螺旋管式变换炉，变换炉壳程中设置有有催化剂床层，催化剂床层为耐硫催化剂床层，工艺中的粗煤气在变换炉中进行变换时，催化剂的反应活性好，变换反应能顺利进行，变换效率好。

附图说明

图1为本发明提供的煤气化制甲醇变换系统工艺流程示意图；

其中：

1—分离器；2—脱毒槽；3—变换炉；4—蒸汽过热器；5—换热器；6—阀门。

具体实施方式

线结合附图以及具体实施方式，对本发明进行详细的说明。

实施例1

参见图1，本发明提供的煤气化制甲醇变换系统，包括分离器1、换热器5、脱毒槽2、变换炉3、蒸汽过热器4、第一蒸汽管路以及第二蒸汽管路。

具体的，来自煤气化的粗煤气与分离器1入口相连；分离器1底端出口至系统废液管网；分离器1顶端出口包括两个支路；一个支路是分离器1顶端出口经换热器5与脱毒槽2入口相连；另一个支路是分离器1顶端出口直接进入变换后系统；脱毒槽2出口与变换炉3的壳程入口相连，第一蒸汽管路上设置有阀门6，阀门6可调节第一蒸汽管路上流过的饱和蒸汽的压力大小；具体的，阀门6可选择工业上常用的自力式压力调节阀；变换炉3的壳程出口又分为两个支路，一个支路是变换炉3的壳程出口与蒸汽过热器4的壳程入口相连，另一个支路是变换炉3的壳程出口经换热器5送入变换后系统；变换炉3管程入口与部分来自第二蒸汽管路的饱和蒸汽相连，变换炉3的管程出口至过热蒸汽管网；蒸汽过热器4的壳程出口送至变换后系统；变换后系统为制甲醇系统，蒸汽过热器4管程的顶端出口与变换炉3的管程出口一起送至过热蒸汽管网，蒸汽过热器4管程的底端入口与来自第二蒸汽管路的饱和蒸汽和来自甲醇合成的蒸汽混合后一起进入蒸汽过热器4的管程于变换后的工艺气进行换热，有效利用系统的热量。实施时，第一蒸汽管路中的饱和蒸汽是3.2～5.0mpa饱和蒸汽；第二蒸汽管路中的饱和蒸汽是2.5mpa饱和蒸汽。

实施例2

在实施时，由于粗煤气压力较低且co的含量较高，为了使变换反应的效率提高，热量利用合理，因此对进入变换炉的气体补入饱和蒸汽，在变换工艺开始前，需要先打通第一蒸汽管路上的阀门6。在实施时，补入的饱和蒸汽压力要略大于进入变换系统的粗煤气的压力，这样的目的是为了保证饱和蒸汽能够很好快速的补入粗煤气中，同时避免发生漏点使得粗煤气中水汽增加，影响变换反应的发生。

具体的，当粗煤气中co的含量为60-80％，且压力3.0-4.5mpa时，由于粗煤气的压力低且co含量高，为了达到变换效果，需要向粗煤气中补入一股饱和蒸汽，且补入的饱和蒸汽压力要略大于粗煤气的压力防止发生露点影响变换效果，使得热利用合理，变换效率更好。所以，当煤气化后粗煤气的汽气比为0.6-0.9、压力为3.0-4.5mpa、co的含量为60-80％时，打开第一蒸汽管路上的阀门，来自管外的3.2～5.0mpa饱和蒸汽从第一蒸汽管路通入变换炉的壳程中；而当粗煤气中co的含量35-45％，且压力在5.5-6.5mpa时，则不需要向粗煤气中补入饱和蒸汽，此时工艺在实施时则关闭第一蒸汽管路上的阀门。

实施例3

本发明中变换炉3为螺旋管换热式变换炉，蒸汽过热器4的结构为螺旋管式，变换炉壳程中设置有催化剂床层，催化剂床层为耐硫变换催化剂床层。具体的，催化剂可选用b8-11或qdb-04型催化剂，催化剂操作温度低，一般在180～330℃；变换后一氧化碳较低；抗硫毒能力较强，在变换时活性好，变换效率高。

实施例4

以煤气化后汽气比0.8、co含量60％，压力为3.8mpa的粗煤气变换为例，说明本发明提供的变换系统的变换方法。由于粗煤气压力较低且co的含量较高，为了使变换反应的效率提高，热量利用合理，因此在变换工艺开始前，需要先打通第一蒸汽管路上的阀门6，且进入第一饱和管路的饱和蒸汽的压力为4.0mpa。

参见图1，具体的变换方法流程是：来自煤气化的粗煤气经分离器进行煤水分离后，从分离器的顶部出口分为两个支路流出，部分分离后的粗煤气直接进入变换后续系统制甲醇；部分分离后的粗煤气从分离器1顶端出口经换热器5换热后进入脱毒槽2除去杂质和重金属，工艺气与4.0mpa饱和蒸汽混合后进入变换炉的壳程，在变换炉3中，在b8-11催化剂触媒的作用下进行变换反应co+h2o＝co2+h2+q，催化剂床层的温度为230℃，由于变换反应是一个放热反应，变换炉3的管程中从上向下通有2.5mpa饱和蒸汽，能将变换反应产生的热量移走，使得变换炉床层温度降低，延长催化剂使用寿命，提高催化剂活性，因此，进入变换炉3管程顶端入口2.5mpa饱和蒸汽经换热后成为2.5mpa过热蒸汽并经变换炉3管程底端出口的送至系统蒸汽管网；工艺气体在变换炉3壳程中完成co变换后，变换后工艺气中co含量为3％，h2与co的体积比为2.15；因此变换后的工艺气从变换炉3底端的壳程出口出来，并分为两个支路，一个支路经蒸汽过热器4进行热量回收后进入变换后系统进行制甲醇，另一路通过换热器5换热后也送入变换后系统的制甲醇系统，换出的热量可经过换热器5对经分离器1煤水分离的粗煤气进行预热，热量利用合理。

实施例5

与实施例4不同的是，粗煤气的汽气比0.6、co含量80％，粗煤气的压力为3.0mpa，由于粗煤气压力较低且co的含量较高，为了使变换反应的效率提高，热量利用合理，因此对进入变换炉3的气体补入饱和蒸汽，在变换工艺开始前，需要先打通第一蒸汽管路上的阀门6，且从第一蒸汽管路补入饱和蒸汽的压力为3.2mpa。

在进行变换反应时，变化炉3中，催化剂qdb-04，催化剂床层的温度为280℃，催化剂触媒的活性好，变换后工艺气中co含量为4％，h2与co的体积比为2.1，满足制甲醇工艺的要求，变换后的气体经热量回收后送入制甲醇工艺；变换效率高，整个系统运行稳定，热效利用好。

实施例6

与实施例5不同的是，粗煤气的汽气比0.9、co含量70％，粗煤气的压力为4.5mpa。由于粗煤气压力较低且co的含量较高，为了使变换反应的效率提高，热量利用合理，因此对进入变换炉3的气体补入饱和蒸汽，在变换工艺开始前，需要先打通第一蒸汽管路上的阀门6，且补入饱和蒸汽的压力为5.0mpa。

在进行变换反应时，变化炉3中，催化剂qdb-04，催化剂床层温度为330℃，催化剂活性好，催化剂触媒的活性好，变换后工艺气中co含量为5％，h2与co的体积比为2.05，满足制甲醇工艺的要求，变换后的气体经热量回收后送入制甲醇工艺；co变换好，系统的热效率利用合理，催化剂的寿命得以延长。

实施例7

与实施例3不同的是，需要变换的粗煤气，其汽气比0.8、co含量40％，压力为6.2mpa，由于粗煤气压力较高且co的含量较低，不需要对进入变换炉3的气体进行补气，因此，本工艺在开始变换前，先关闭第一蒸汽管路上的阀门6。

具体的变换工艺流程是，粗煤气经煤水分离后进入变换炉3的壳程，在变换炉3中，在b8-11催化剂触媒的作用下进行变换反应，催化剂床层的温度为265℃，由于变换反应是一个放热反应，为了保证催化剂床层温度在265℃，变换炉3的管程中从上下通有2.5mpa饱和蒸汽，能将变换反应产生的热量移走，延长催化剂使用寿命，提高催化剂活性，进入变换炉3管程顶端入口2.5mpa饱和蒸汽经换热后成为2.5mpa过热蒸汽并经变换炉3管程底端出口的送至系统蒸汽管网；工艺气体在变换炉3壳程中完成co变换后，变换后工艺气中co含量为4.5％，h2与co的体积比为2.08；因此变换后的工艺气从变换炉3底端的壳程出口出来，分别经蒸汽过热器4或换热器5进行热量回收后进入变换后制甲醇系统，换出的热量可对经分离器1煤水分离的工艺气体进行预热，热量利用合理。

实施例8

与实施例7不同的是，需要变换的粗煤气，其汽气比0.9、co含量35％，压力为5.5mpa，由于粗煤气压力较高且co的含量较低，不需要对进入变换炉的气体进行补气，因此，本工艺在开始变换前，先关闭第一蒸汽管路上的阀门6。

在变换炉3，催化剂采用qdb-04、催化剂床层温度为300℃，催化剂床层温度低，催化剂不会被损坏，寿命得到延长，并能很好的促使变换反应的发生，co能快速变换完成，变换后工艺气中co含量为3.5％，h2与co的体积比为2.16，变换后的工艺气分别经蒸汽过热器4或换热器5进行热量回收后进入变换后制甲醇系统，整个变换系统稳定，热效合理利用。

实施例9

与实施例7不同的是，需要变换的粗煤气，其汽气比0.6、co含量45％，压力为6.5mpa，由于粗煤气压力较高且co的含量较低，不需要对进入变换炉3的气体进行补气，因此，本工艺在开始变换前，先关闭第一蒸汽管路上的阀门6。

在变换炉3中，催化剂采用b8-11、催化剂床层温度为230℃，催化剂床层温度低，催化剂使用周期增长，催化剂的活性好，co变换反应加快，变换后工艺气中co含量为4％，h2与co的体积比为2.05，变换后的工艺气分别经蒸汽过热器4或换热器5进行热量回收后进入变换后制甲醇系统，且变换工艺运行稳定，系统高位热利用好。