合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种合成氨的一氧化碳两段催化耐硫变换工艺方法，是将粗煤气除尘后，用变换气加热至２６０～３４０℃，进入第一变换炉轴向反应器进行高温变换反应，变换气回收热量后，以２００～２５０℃的温度进入第二变换炉轴径向反应器进行低温变换反应。该工艺采用高水解功能耐硫变换催化剂进行高温变换，提高了对有机硫化物的加氢能力，随后使用轴径向反应器和小颗粒耐硫变换催化剂进行低温变换，降低了床层阻力，提高了催化剂活性，在不增加反应器数目的前提下，提高了合成氨一氧化碳耐硫变换装置的生产能力。

【技术实现步骤摘要】
合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法所属
本专利技术涉及一种合成氨的一氧化碳变换工艺，特别是涉及一种高负荷的以鲁奇加压气化技术生产合成氨的一氧化碳耐硫变换工艺方法。
技术介绍
鲁奇碎煤加压气化技术是20世纪70年代末由德国鲁奇公司开发成功的技术，该技术成功地应用于以煤为原料生产城市煤气和合成氨的装置。鲁奇碎煤加压气化技术的特点是气化温度较低，原料气中的焦油和粉尘含量相对较高。此外，该工艺气中还含有大量的有机硫化物，这些物质必须在较高的温度下才能被加氢饱和。所以，使用鲁奇炉煤制气生产合成氨时，存在以下不足：1.原料气中的有机硫化物含量高，这些物质必须在较高的温度(380℃以上)下才能被加氢饱和，因此，当采用鲁奇炉煤制气生产合成氨工艺时，以装填中温变换催化剂的中温变换炉为中心的中温变换系统流程和中变流程串接装填低温变换催化剂的低温变换炉的中低变流程等传统的一氧化碳变换流程均不能满足实际生产的要求，需要配备高温变换工艺。如天脊煤化工集团公司的耐硫变换装置，即是采用两段催化反应器进行一氧化碳的高温耐硫变换，第一变换炉的入口温度为330～360℃，热点温度为460～470℃，第二变换炉的入口温度为320～340℃，热点温度360～380℃。然而，另一方面，较高的反应温度不仅浪费能源，而且还不利于一氧化碳的化学平衡，难于进行深度变换，无法满足高负荷合成氨生产的要求。如天脊煤化工集团公司的高温耐硫变换装置，经两段变换后，出口变换气中的一氧化碳仅降为4.5％。-->2.原料气中的焦油和粉尘含量高，催化剂床层阻力增加快，必须对催化剂床层进行烧碳再生才能满足生产的要求。动力学计算结果表明，当采用低温高活性的耐硫变换催化剂时，通过降低一段反应器和二段反应器的反应温度，可以将出口变换气中的一氧化碳从4.5％降低到1.2％以下，以提高装置的生产能力，达到高负荷生产的目的。但是，反应温度的降低又不利于有机硫化物的加氢转化，给后序工号的净化处理带来麻烦。如果不改变工艺条件，要想达到高负荷生产的目的，还可以通过增加换热器和第三段反应器的手段，进一步降低装置出口变换气中的一氧化碳含量。但是由于装置出口处的一氧化碳含量已经很低，若继续降低一氧化碳指标，动力学计算表明需要装填60m3的催化剂，催化剂的装填量很大。特别是增加换热器和反应器后，系统的阻力也会随之增加，同样会对高负荷生产构成威胁。瑞士卡萨利公司首先提出的轴径向反应器技术，已经广泛地应用在合成氨和甲醇的生产中。20世纪80年代末，轴径向变换反应器技术首次在我国云天化和赤天化两家以天然气为原料的变换装置中应用，进入21世纪，随着Shell粉煤气化的应用，我国的某些厂家也开始将轴径向反应器技术应用于耐硫变换装置。与轴向反应器相比，轴径向反应器技术具有以下优点：1.由于反应物气体径向流动，气体流路短、流通面积大，催化床的压力降会明显降低，因此可以解决扩产后系统阻力升高的问题。2.轴径向反应器使用的是小颗粒催化剂，小颗粒催化剂由于尺寸较小，可明显减少内扩散因素对催化剂活性的影响，提高单位体积催化剂的活性，因此，在同等催化剂装填量的前提下，可以提高装置的生产能力，满足扩产后对催化剂活性的要求。但是，轴径向反应器的结构比轴向反应器相对复杂，它对粗煤气的洁净-->度要求也较高，而鲁奇炉煤制气的原料气中粉尘和焦油含量又相对较高，很难满足轴径向反应器对原料气的要求，因此，轴径向反应器技术在鲁奇炉煤制气生产合成氨工艺中一直未有应用的先例。中国专利申请200410008740.6公开了一种高水解功能的耐硫变换催化剂，该催化剂以镁铝尖晶石为载体，钴-钼为活性组分并添加碱金属助剂，其活性组分含量为CoO 1.8～3.0％，MoO3 7～15％，K2O6～15％。由于该催化剂添加了特殊的复合碱性助剂，从而增强了催化剂的表面碱性，提高了催化剂对有机硫的氢解和水解功能，特别是在反应温度较低的条件下，该催化剂的氢解和水解率均明显高于其它同类工业催化剂，使催化剂在变换温度比原温度低至少30℃的条件下，仍然能达到原来条件下的有机硫加氢功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法，采用轴向反应器高温变换串接轴径向反应器低温变换的两段催化反应器进行一氧化碳耐硫变换，以提高合成氨一氧化碳耐硫变换装置的生产能力，进而提高整个鲁奇煤制氨装置的生产能力。本专利技术合成氨一氧化碳耐硫变换的工艺方法是采用两段催化反应器进行一氧化碳耐硫变换，具体是将由鲁奇炉碎煤加压气化生产的粗煤气，经径流洗涤器除尘后，用变换气加热至260～340℃，进入第一变换炉轴向反应器进行高温变换反应，变换气经换热回收热量后，再以200～250℃的温度进入第二变换炉轴径向反应器，进行低温变换反应。在第一变换炉轴向反应器内，装填有高水解功能的耐硫变换催化剂，该催化剂是以镁铝尖晶石为载体，钴-钼为活性组分并添加有碱金属助剂，其活性组分含量为CoO 1.8～3.0％，MoO3 7～15％，K2O6～15％。由于该催化剂添加了特殊的复合碱性助剂，从而增强了催化剂的表面碱性，提高了催化剂对有机硫的氢解和水解功能。装填高水解功能的耐硫变换催化剂后，使得-->第一变换炉轴向反应器的入口温度从原来的330～360℃降低到了260～340℃，床层热点温度从460～470℃降低到400～450℃。在此条件下，粗煤气经轴向反应器高温变换后，反应器出口变换气的一氧化碳含量可比原来至少降低1个百分点。进一步地，本专利技术优选的轴向反应器入口温度为280～330℃，床层热点温度为410～430℃。同时，本专利技术还在第一变换炉的顶部轴向反应器上方设置有预变换反应床，装填高强度大孔系率吸附剂。该吸附剂以镁铝尖晶石为组分制成，具有强度大、稳定性高、孔隙率大、抗冲蚀能力强等特点，装填在耐硫变换催化剂的上方，可以起到有效地吸附和脱除气体中焦油和粉尘等杂质的作用，以达到净化原料气的目的，使进入第二变换炉的气体洁净度满足轴径向反应器的要求。本专利技术的第二变换炉采用轴径向反应器并装填小颗粒的耐硫变换催化剂。轴径向反应器是瑞士卡萨利公司的专利产品，小颗粒耐硫变换催化剂的组成与第一变换炉装填的催化剂组成相同，催化剂的颗粒直径2.8～3.6mm，长度3.5～8.0mm，经由第一变换炉高温变换反应后的变换气进入轴径向反应器进行低温变换反应，以进一步变换其中的一氧化碳。适合的低温变换工艺条件是：反应器入口温度200～250℃，床层的热点温度250～300℃。经过轴径向反应器低温变换反应后，变换装置出口的一氧化碳含量降低至小于1.45％，既充分回收了能量，又最大限度地制取了氢气。进一步地，本专利技术优选的轴径向反应器入口温度为210～220℃，床层热点温度260～270℃。为满足变换气进入第二变换炉轴径向反应器时200～250℃的入口温度，变换气在进入轴径向反应器之前，除通入换热器与原料气换热降低温度外，还通入一个废热锅炉回收热量，以进一步降低温度，同时副产蒸汽。变换气-->进入废热锅炉时的温度为310～350℃，优选315～320℃。为了促使一氧化碳的充分变换，确保出口一氧化碳含量指标控制在要求的范围内，需要适当提高进入第二变换炉轴径向反应器时的变换气汽气比。本专利技术在废热锅炉进口的原料气管中增加了淬本文档来自技高网...

【技术保护点】
合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法，采用两段催化反应器进行一氧化碳耐硫变换，其特征是由鲁奇炉碎煤加压气化生产的粗煤气，经径流洗涤器除尘后，用变换气加热至２６０～３４０℃，进入第一变换炉轴向反应器进行高温变换反应，变换气经换热回收热量后，以２００～２５０℃的温度进入第二变换炉轴径向反应器，进行低温变换反应。

【技术特征摘要】
1、合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法，采用两段催化反应器进行一氧化碳耐硫变换，其特征是由鲁奇炉碎煤加压气化生产的粗煤气，经径流洗涤器除尘后，用变换气加热至260～340℃，进入第一变换炉轴向反应器进行高温变换反应，变换气经换热回收热量后，以200～250℃的温度进入第二变换炉轴径向反应器，进行低温变换反应。2、根据权利要求1所述的合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法，其特征是所述的轴向反应器内装填高水解功能耐硫变换催化剂，反应器的入口温度为260～340℃，床层热点温度为400～450℃。3、根据权利要求2所述的合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法，其特征是所述的轴向反应器入口温度为280～330℃，床层热点温度为410～430℃。4、根据权利要求1所述的合成氨一氧化碳耐硫变换工艺方法，其特征是所述的轴径向反应器内装填小颗粒耐硫变换催化剂，反应器入口温度为200～250℃，床层热点温度250～300℃。5、根据权利要求2所述的合成氨一氧化碳耐硫变换工...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆宏健，樊宏原，郭建民，刘斌，李录彦，冯永发，丁明公，
申请(专利权)人：天脊煤化工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]