一种焦炉气中的CO变换处理装置及其变换处理方法与流程

本发明属于焦炉气净化领域，具体涉及一种焦炉气中的co变换处理装置及其变换处理方法。

背景技术：

焦炉气是炼焦过程中的一种副产品，焦炉气的主要组分是氢气60～62％，氮气2.5～4.5％甲烷20～22％，一氧化碳7～8％，二氧化碳2～3％，乙烯目前焦炉气的利用方式主要是作为燃料气和作为化工产品的原料气。原料焦炉气经过前端预处理脱除气体中的焦油、苯、硫化氢等杂质后，再经过压缩升压，进一步深度净化除去焦炉气中的焦油、苯、萘、硫、氧气等杂质。经过净化后的原料焦炉气现阶段主要有三种处理工艺，第一种方式是焦炉煤气甲烷转化成co和h2的工艺，利用转化后的气体再进一步净化，从而合成甲醇、液氨等化工产品。第二种方式是焦炉气甲烷化制天然气工艺，利用深度净化后的焦炉气中的co、co2与h2反应生成ch4，最终经过提纯后得到天然气产品。第三种方式是焦炉气中各主要组分分质利用，生产lng、甲醇、乙二醇等化工产品。具体是首先将焦炉气进行深度净化，脱除杂质后，采用深冷分离工艺，分离出lng、co、h2等产品。分离出的co、h2等气体进一步合成甲醇、乙二醇等化工产品。分离出的lng作为商品出售。将原料焦炉气送到深冷装置，分离出lng、一氧化碳、氮气、氢气。分离出来的一氧化碳、氢气送到后工序生产甲醇或者合成氨。针对以上三种工艺处理方法，具有一定的局限性：

(1)装置能耗较高。对于方法一与方法二，需要对焦炉气中的co、h2、ch4等分子进行重整、转化，需要在生产过程中提供一定的能量及氧气、蒸汽等物料。

(2)产品气lng、h2、co等组分比例不能调整。方法三第一个局限是受上游焦炉气组分波动，会影响产品lng、甲醇、乙二醇等化工产品产量，二是化工产品价格受市场变动时，产品规模不能及时调整，导致装置运行经济水平受到影响。

(3)装置投资较大。方法一及方法二需要配套建设焦炉气转化装置、空分制氧等装置，装置投资较大。

因此，需要对焦炉气中的co进行变换处理，解决现有技术方法存在的局限性，以降低投资、节约能耗、提高装置的运行经济水平。

技术实现要素：

针对上述问题本发明提供了一种焦炉气中的co变换处理装置及其变换处理方法，本发明根据焦炉气中一氧化碳组分、硫化氢组分、变换催化剂使用工况等条件后，采用将焦炉气体中的co变换方法，调整焦炉气中的氢气含量。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种焦炉气中的co变换处理装置，所述co变换处理装置设置在焦炉气除氧精脱硫装置脱硫槽出口，包括汽包、等温变换炉、降温增湿器、进出物料换热器、0.5mpa废锅、水冷器，所述降温增湿器用于将来自除氧精脱硫装置的焦炉气和来自公用工程装置的锅炉水混合，所述降温增湿器的出口与等温换热炉的入口连接，所述等温换热炉的第一出口与汽包的上升管连接，用于将等温换热炉内产生的反应热与管程的热水换热输送至汽包，所述汽包接收来自管网的中压锅炉给水和所述管程的热水混合送至等温换热炉，所述汽包接收来自3.82mpag蒸汽管网的饱和蒸汽输送至等温换热炉用于等温变换炉升温使用，所述汽包内汽液分离产生的饱和蒸汽通过汽包的蒸汽引出管输送至0.5mpag蒸汽管网，所述等温换热炉的第二出口与进出物料换热器的热介质入口连接，所述进出物料换热器的热介质出口依次与0.5mpa废锅、水冷器相连，回收热量冷却后送到变换气脱碳装置，所述进出物换热器的冷介质入口与焦炉气净化装置的出口连接，所述进出物料换热器的冷介质出口与除氧精脱硫装置的入口连接。

一种变换处理焦炉气中co的方法，包括以下步骤：

步骤1，原料焦炉气经过粗脱硫装置、除苯、除萘装置后，经过进出物料换热器加热进入除氧精脱硫装置；

步骤2，来自除氧精脱硫装置的焦炉气和公用工程装置送来的锅炉水进入降温增湿器，在降温增湿器内焦炉气与从锅炉水进行混合，得到降温饱和的焦炉气；

步骤3，降温饱和的焦炉气进入等温变换炉，在等温变换炉内催化剂的作用下，焦炉气中的co与h2o反应生成二氧化碳和氢气；

步骤4，co变换反应产生的反应热通过管程的热水换热移至汽包，然后与接收来自管网的中压锅炉给水混合送至等温变换炉，在汽包内经过汽液分离后，产生2.5-3.8mpa的饱和蒸汽，产生的饱和蒸汽送至0.5mpag蒸汽管网回收利用，锅炉水在等温变换炉与汽包之间循环利用；

步骤5，经过变换反应后气体经过进出料换热器、0.5mpa废锅、水冷器，冷却后进入脱碳装置；

步骤6，来自3.82mpag蒸汽管网的饱和蒸汽送入汽包内，用于等温变换炉升降负荷、开停工期间的升温蒸汽，补充热量。

进一步，所述步骤2中来自除氧精脱硫装置的焦炉气的气量为100000nm³/h；所述公用工程装置送来的锅炉水进入降温增湿器的流量为3.5-5t/h。

进一步，所述步骤2中焦炉气和锅炉水的摩尔比为1.3-1.5，所述降温饱和的焦炉气的温度为190-220℃。

进一步，所述步骤3中焦炉气中的co与h2o反应生成二氧化碳和氢气的反应压力为3.2-3.5mpa，反应温度为220-240℃，反应后气体中co体积浓度达到1-3％。

进一步，所述步骤3中催化剂为铜系催化剂。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1.本发明变换炉采用等温变换炉，具有投资省，气体经过设备数量少，运行阻力低、节约能量的特点；

2.变换反应的反应热通过加热锅炉给水，副产饱和蒸汽，降低了装置的蒸汽消耗；

3.通过调节降温增湿器喷入锅炉水的量，控制焦炉气和锅炉水的摩尔比，达到控制变换率的作用，具有变换率调节方便灵活的特点；

4.本发明的变换处理装置设置在焦炉气除氧精脱硫装置脱硫槽出口，具有焦炉气中焦油、苯、氧等杂质含量低，催化剂使用寿命长，装置联运周期长的特点。

5.根据焦炉气组分及变换催化剂运行工艺条件，选择铜系变换催化剂，等温变换炉进口不需要设置换热器，实现除氧精脱硫装置与变换处理装置的热量耦合利用，降低了能耗与设备投资；

6.为了维持变换催化剂活性温度，在汽包上设置有3.82mpa升温蒸汽，用于在变换装置开工期间及低生产负荷期间热量补充，增大了系统操作弹性；

7.本发明所用的铜系变换催化剂，均为已经工业化运行多年的成熟产品，催化剂来源广泛、易得。

附图说明

图1为本发明焦炉气中的co变换处理装置的结构示意图；

其中，1为汽包，2为等温变换炉，3为降温增湿器，4为进出物料换热器，5为0.5mpa废锅、6为水冷器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种焦炉气中的co变换处理装置，设置在焦炉气除氧精脱硫装置脱硫槽出口，包括汽包1、等温变换炉2、降温增湿器3、进出物料换热器4、0.5mpa废锅5、水冷器6，所述降温增湿器3用于将来自除氧精脱硫装置的焦炉气和来自公用工程装置的锅炉水混合，所述降温增湿器3的出口与等温换热炉2的入口连接，所述等温换热炉2的第一出口与汽包1的上升管连接，用于将等温换热炉2内产生的反应热与管程的热水换热输送至汽包1，所述汽包1接收来自管网的中压锅炉给水和所述管程的热水混合送至等温换热炉2，所述汽包1接收来自3.82mpag蒸汽管网的饱和蒸汽输送至等温换热炉2用于等温变换炉2开停工及升降负荷期间补充热量升温使用，所述汽包1内汽液分离产生的饱和蒸汽通过汽包1的蒸汽引出管输送至0.5mpag蒸汽管网，所述等温换热炉2的第二出口与进出物料换热器4的热介质入口连接，所述进出物料换热器4的热介质出口依次与0.5mpa废锅5、水冷器6相连，回收热量冷却后送到变换气脱碳装置，所述进出物换热器的冷介质入口与焦炉气净化装置的出口连接，所述进出物料换热器4的冷介质出口与除氧精脱硫装置的入口连接。

实施例2

一种利用实施例1所述装置变换处理焦炉气中co的方法，包括以下步骤：

步骤1，原料焦炉气经过粗脱硫装置、除苯、除萘装置后，经过进出物料换热器4加热进入除氧精脱硫装置；

步骤2，来自除氧精脱硫装置的焦炉气和公用工程装置送来的锅炉水进入降温增湿器3，其焦炉气量(原料气)为100000nm³/h，原料气压力为3.2mpag，原料气的温度为275℃，原料气主要组分为co：体积浓度7％，总硫：0.1ppm，o2:10ppm，其锅炉水的流量为3.5t/h，在降温增湿器3内焦炉气与从锅炉水进行混合，得到190℃的降温饱和的焦炉气，其中焦炉气和锅炉水的摩尔比为1.3；

步骤3，降温饱和的焦炉气进入等温变换炉2，在等温变换炉2内铜系催化剂的作用下，焦炉气中的co与h2o反应生成二氧化碳和氢气，反应压力为3.2mpa，反应温度为220℃，反应后气体中co体积浓度达到1％；

步骤4，co变换反应产生的反应热通过管程的热水换热移至汽包1，然后与接收来自管网的中压锅炉给水混合送至等温变换炉2，在汽包1内经过汽液分离后，产生2.5mpa的饱和蒸汽，产生的饱和蒸汽送至0.5mpag蒸汽管网回收利用，锅炉水在等温变换炉2与汽包1之间循环利用；

步骤5，经过变换反应后气体经过进出料换热器4、0.5mpa废锅5、水冷器6，冷却后进入脱碳装置；

步骤6，来自3.82mpag蒸汽管网的饱和蒸汽也送入汽包1内，然后再送至等温变换炉2升温使用。

实施例3

一种利用实施例1所述装置变换处理焦炉气中co的方法，包括以下步骤：

步骤1，原料焦炉气经过粗脱硫装置、除苯、除萘装置后，经过进出物料换热器4加热进入除氧精脱硫装置；

步骤2，来自除氧精脱硫装置的焦炉气和公用工程装置送来的锅炉水进入降温增湿器3，其焦炉气量(原料气)为100000nm³/h，原料气压力为3.3mpag，原料气的温度为285℃，原料气主要组分为co：体积浓度7％，总硫：0.1ppm，o2:10ppm，其锅炉水的流量为4t/h，在降温增湿器3内焦炉气与从锅炉水进行混合，得到200℃的降温饱和的焦炉气，其中焦炉气和锅炉水的摩尔比为1.4；

步骤3，降温饱和的焦炉气进入等温变换炉2，在等温变换炉2内铜系催化剂的作用下，焦炉气中的co与h2o反应生成二氧化碳和氢气，反应压力为3.3mpa，反应温度为230℃，反应后气体中co体积浓度达到2％；

步骤4，co变换反应产生的反应热通过管程的热水换热移至汽包1，然后与接收来自管网的中压锅炉给水混合送至等温变换炉2，在汽包1内经过汽液分离后，产生3.0mpa的饱和蒸汽，产生的饱和蒸汽送至0.5mpag蒸汽管网回收利用，锅炉水在等温变换炉2与汽包1之间循环利用；

步骤5，经过变换反应后气体经过进出料换热器4、0.5mpa废锅5、水冷器6，冷却后进入脱碳装置；

步骤6，来自3.82mpag蒸汽管网的饱和蒸汽送入汽包1内，用于等温变换炉2升降负荷、开停工期间的升温蒸汽，补充热量。

实施例4

一种利用实施例1所述装置变换处理焦炉气中co的方法，包括以下步骤：

步骤1，原料焦炉气经过粗脱硫装置、除苯、除萘装置后，经过进出物料换热器4加热进入除氧精脱硫装置；

步骤2，来自除氧精脱硫装置的焦炉气和公用工程装置送来的锅炉水进入降温增湿器3，其焦炉气量(原料气)为100000nm³/h，原料气压力为3.5mpag，原料气的温度为295℃，原料气主要组分为co：体积浓度7％，总硫：0.1ppm，o2:10ppm，其锅炉水的流量为5t/h，在降温增湿器3内焦炉气与从锅炉水进行混合，得到降温饱和的焦炉气，其中焦炉气和锅炉水的摩尔比为1.5；

步骤3，降温饱和的焦炉气进入等温变换炉2，在等温变换炉2内催化剂的作用下，焦炉气中的co与h2o反应生成二氧化碳和氢气，反应压力为3.5mpa，反应温度为240℃，反应后气体中co体积浓度达到3％；

步骤4，co变换反应产生的反应热通过管程的热水换热移至汽包1，然后与接收来自管网的中压锅炉给水混合送至等温变换炉2，在汽包1内经过汽液分离后，产生3.8mpa的饱和蒸汽，产生的饱和蒸汽送至0.5mpag蒸汽管网回收利用，锅炉水在等温变换炉2与汽包1之间循环利用；

步骤5，经过变换反应后气体经过进出料换热器4、0.5mpa废锅5、水冷器6，冷却后进入脱碳装置；

步骤6，来自3.82mpag蒸汽管网的饱和蒸汽送入汽包1内，用于等温变换炉2升降负荷、开停工期间的升温蒸汽，补充热量。