水煤气变换系统及其预热方法与流程

1.本发明涉及煤化工领域，具体地涉及一种水煤气变换系统及其预热方法。


背景技术：

2.煤制烯烃作为煤炭清洁高效利用项目，目前国内已有多家企业建成投产。由于煤制烯烃在合成甲醇的过程中需要的氢碳比为2.05～2.15，因此变换装置为满足此需求设计为部分变换，但在实际生产运行过程中发现低温甲醇洗系统净化气会出现硫超标，同时低温甲醇洗再生系统积灰比较严重。经过对净化气硫超标原因进行分析，发现羰基硫在其中含量较高。由于变换装置采用部分变换，有大约45％粗水煤气需要参与系统氢碳比的调整，未经过变换炉，只经过废热回收后与变换气混合进入低温甲醇洗装置，这样会造成低温甲醇洗系统对于羰基硫的吸收及再生负荷增加，进而影响净化气总硫的指标，同时低温甲醇洗再生酸性气中羰基硫含量较高，进入硫回收系统，增加尾气加氢反应器的负荷，影响硫回收装置稳定生产。
3.变换装置由于有45％的粗水煤气未经过变换炉，当气化装置进行开停车，或者负荷大幅度波动的情况下会使大量的煤灰带入低温甲醇洗系统，造成低温甲醇洗系统换热器管束堵塞或者换热效果降低，另外还会造成低温甲醇洗各机泵，尤其再生系统的机泵出现入口过滤网堵塞，频繁清洗滤网，不利于低温甲醇洗的稳定生产。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术存在的现有配气管线没有除羰基硫的装置导致后续工艺污染严重的问题。
5.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种水煤气变换系统，包括配气管线，所述配气管线上串接有预变炉组件，所述预变炉组件包括预变炉，所述预变炉包括炉壳和设置在炉壳内的用于水解羰基硫的第一催化剂，所述炉壳的两端分别设置有进气口和出气口，以使得由所述进气口进入的原料气穿过所述第一催化剂后由所述出气口排出。
6.优选的，所述第一催化剂包括在所述炉壳轴向内部依次设置的混合催化剂和用于水解羰基硫变换原料气的变换催化剂，所述混合催化剂包括羰基硫水解催化剂和除氧催化剂。
7.优选的，所述预变炉包括在所述炉壳轴向夹设所述混合催化剂、所述变换催化剂的瓷球。
8.优选的，所述瓷球远离所述第一催化剂的一端设置有用于固定所述瓷球的铁丝网。
9.优选的，所述预变炉组件包括第一管壳式换热器和所述预变炉，所述第一管壳式换热器的第一管程出料口与所述进气口相连通，所述第一管程式换热器的第一壳程进料口与所述出气口相连通，所述预变炉组件设置为通过第一管程进料口、第一壳程出料口串接在所述配气管线上。
10.优选的，所述预变炉组件包括换热器旁路管线和预变炉旁路管线，所述换热器旁路管线两端分别与所述第一管程进料口、所述第一管程出料口相连通，所述预变炉旁路管线两端分别与所述进气口、所述出气口相连通，所述换热器旁路管线上设置有换热器旁路管线阀，所述预变炉旁路管线上设置有预变炉旁路管线阀，所述第一管程出料口设置有第一管程出料口阀。
11.优选的，所述水煤气变换系统包括依次连通的原料气处理装置、原料气变换装置、废热处理组件和洗氨塔，所述原料气变换装置包括并接的变换管线和所述配气管线。
12.优选的，所述配气管线包括配气除杂设备，所述配气除杂设备包括第一废热处理装置和所述预变炉组件。
13.优选的，所述预变炉组件包括开工氮气换热器，所述第一管程出料口通过所述开工氮气换热器的管程与所述进气口相连通，所述水煤气变换系统包括风机，所述风机、配气除杂设备、废热处理组件和洗氨塔依次循环联通设置，所述风机和洗氨塔之间设置有循环管线调压阀。
14.本发明第二方面提供一种本发明所述的水煤气变换系统的预热方法，包括：
15.s1：向开工氮气换热器的管程进口端充入第一设定压强的氮气；
16.s2：启动风机；
17.s3：向开工氮气换热器的壳程充入加热介质；
18.s4：向进气口充入第二设定压强的氮气。
19.本发明所述的水煤气变换系统，配气管线上串接有预变炉组件，预变炉组件包括预变炉，炉壳内含有用于水解羰基硫的第一催化剂，避免羰基硫随着水煤气进入后续工艺流程，降低后续低温甲醇洗系统对于羰基硫的吸收及再生负荷，进而减少净化气总硫的含量，同时避免低温甲醇洗再生酸性气中高含量的羰基硫进入硫回收系统，降低尾气加氢反应器的负荷，提高硫回收装置的稳定性。
附图说明
20.图1是本发明一种实施方式的预变炉的结构示意图；
21.图2是本发明一种实施方式的预变炉组件的结构示意图；
22.图3是本发明高水气比的水煤气变换系统的结构示意图；
23.图4是本发明低水气比的水煤气变换系统的结构示意图；
24.图5是图3所示的水煤气变换系统的预热系统结构示意图；
25.图6是图4所示的水煤气变换系统的预热系统结构示意图。
26.附图标记说明
[0027]1‑
预变炉，2
‑
炉壳，3
‑
进气口，4
‑
出气口，5
‑
混合催化剂，6
‑
变换催化剂，7
‑
瓷球，8
‑
铁丝网，10
‑
第一管壳式换热器，11
‑
第一管程出料口，12
‑
第一壳程进料口，13
‑
第一壳程出料口，14
‑
第一管程进料口，15
‑
第一管程出料口阀，20
‑
预变炉旁路管线，21
‑
换热器旁路管线，22
‑
预变炉旁路管线阀，23
‑
换热器旁路管线阀，31
‑
进气口阀，41
‑
出气口阀，50
‑
变换系统进料管线，51
‑
变换系统进料口阀，52
‑
原料气分离器，53
‑
原料气过滤器，60
‑
配气管线，61
‑
第一水煤气废热锅炉，62
‑
第三换热器，63
‑
第一水分离器，64
‑
原料气粗调阀，65
‑
原料气细调阀，70
‑
低压废热锅炉，71
‑
第四水分离器，72
‑
第七换热器，73
‑
第八换热器，74
‑
第五水
分离器，75
‑
第九换热器，76
‑
第十换热器，77
‑
洗氨塔，78
‑
变换系统出料管线，79
‑
洗氨水进料管线，80
‑
变换管线，81
‑
第二水煤气废热锅炉，82
‑
第四换热器，83
‑
第二水分离器，84
‑
第二管程式换热器，85
‑
第五换热器，86
‑
变换炉，87
‑
第一变换废热锅炉，88
‑
第六换热器，89
‑
第二变换废热锅炉，90
‑
第三水分离器，100
‑
开工氮气换热器，101
‑
开工氮气换热器管程进料口，102
‑
开工氮气换热器管程出料口，103
‑
开工氮气换热器壳程进料口，104
‑
开工氮气换热器壳程出料口，105
‑
氮气预压管线，110
‑
风机，111
‑
循环氮气入料管，120
‑
去火炬管线，121
‑
循环管线调压阀，130
‑
调气管线。
具体实施方式
[0028]
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0029]
本发明一方面提供一种水煤气变换系统，包括配气管线60，所述配气管线60上串接有预变炉组件，所述预变炉组件包括预变炉1，所述预变炉1包括炉壳2和设置在炉壳2内的用于水解羰基硫的第一催化剂，所述炉壳2的两端分别设置有进气口3和出气口4，以使得由所述进气口3进入的原料气穿过所述第一催化剂后由所述出气口4排出。
[0030]
本发明所述的水煤气变换系统，配气管线上串接有预变炉组件，预变炉组件包括预变炉，炉壳内含有用于水解羰基硫的第一催化剂，避免羰基硫随着水煤气进入后续工艺流程，降低后续低温甲醇洗系统对于羰基硫的吸收及再生负荷，进而减少净化气总硫的含量，同时避免低温甲醇洗再生酸性气中高含量的羰基硫进入硫回收系统，降低尾气加氢反应器的负荷，提高硫回收装置的稳定性。预变炉1的出气口4处设置有预变炉放火炬管线，预变炉放火炬管线上设置有预变炉放火炬阀。
[0031]
优选的，所述第一催化剂包括在所述炉壳2轴向内部依次设置的混合催化剂5和用于水解羰基硫变换原料气的变换催化剂6，所述混合催化剂5包括羰基硫水解催化剂和除氧催化剂。
[0032]
变换催化剂6为钴钼系催化剂，这种催化剂有水解羰基硫和将一氧化碳和水变换为二氧化碳和氢气的作用，可以调整配气管线上的碳氢比。混合催化剂5包括羰基硫水解催化剂和除氧催化剂，可以将羰基硫水解并且去除水煤气中的杂质氧。变换催化剂6具有1～3％的变换率。
[0033]
优选的，所述预变炉1包括在所述炉壳2轴向夹设所述混合催化剂5、所述变换催化剂6的瓷球7。如图1所示，瓷球7吸附水煤气中的钙离子、镁离子等金属离子、砷及氧气等。
[0034]
优选的，所述瓷球7远离所述第一催化剂的一端设置有用于固定所述瓷球7的铁丝网8。铁丝网8用于固定第一催化剂和瓷球位置。
[0035]
优选的，所述预变炉组件包括第一管壳式换热器和所述预变炉1，所述第一管壳式换热器10的第一管程出料口11与所述进气口3相连通，所述第一管壳式换热器10的第一壳程进料口12与所述出气口4相连通，所述预变炉组件设置为通过第一管程进料口14、第一壳程出料口13串接在所述配气管线60上。预变炉1内部的变换反应、除氧反应和羰基硫水解反应为放热反应，而第一催化剂发生作用需要较高的温度。所以预变炉组件利用预变炉所出的气体为预变炉所进的气体进行加热，可以有效提高预变炉1内的反应速率。
[0036]
优选的，所述预变炉组件包括换热器旁路管线21和预变炉旁路管线20，所述换热
器旁路管线21两端分别与所述第一管程进料口14、所述第一管程出料口11相连通，所述预变炉旁路管线20两端分别与所述进气口3、所述出气口4相连通，所述换热器旁路管线21上设置有换热器旁路管线阀23，所述预变炉旁路管线20上设置有预变炉旁路管线阀22，所述第一管程出料口11设置有第一管程出料口阀15。
[0037]
换热器旁路管线21的联通与否一定程度上决定了进入预变炉1的水煤气是否经过了第一管壳式换热器的加热。如果预变炉1温度过高，那么打开换热器旁路管线阀23，关闭第一管程出料口阀15，则水煤气未经过第一管壳式换热器进入预变炉1，可以有效降低预变炉1的温度。如果预变炉1温度偏低，关闭换热器旁路管线阀23，打开第一管程出料口阀15，则水煤气经过第一管壳式换热器进入预变炉1。也可以调节换热器旁路管线阀23或者是第一管程出料口阀15来调节进入预变炉1的水煤气量。当预变炉1内的催化剂与瓷球需要更换或需要检修时，预变炉1旁路管线20便于预变炉1检修更换时切出。预变炉1的进气口3和出气口4处分别设置有进气口阀31和出气口阀41，进气口阀31和出气口阀41的阀门处均设置有盲板，用于将该预变炉1切出隔离。
[0038]
优选的，所述水煤气变换系统包括依次连通的原料气处理装置、原料气变换装置、废热处理组件和洗氨塔77，所述原料气变换装置包括并接的变换管线80和所述配气管线60。原料气处理装置包括原料气分离器52和原料气过滤器53，原料气分离器52用于将由变换系统进料管线50进入的水煤气中的水分去除，原料气过滤器53用于将水煤气中的杂质去除。
[0039]
废热处理组件包括依次连通的低压废热锅炉70、第四水分离器71、第三析水组件、第五水分离器74、第九换热器75和第十换热器76，低压废热锅炉70。其中低压废热锅炉70、第九换热器75和第十换热器76均用于给变换气降温使得水煤气中水分析出，而第五水分离器74和第四水分离器71用于将析出的水分分离并去除。第三析水组件包括并联的用于给变换气降温的第七换热器72和第八换热器73，并联形式使得变换气的水分经由两个换热器降温充分析出。洗氨塔77用于去除变换气中的氨气。
[0040]
如图3和图4所示，变换管线80包括依次连接的第二析水组件、第二水分离器83、变换炉组件、第一变换废热锅炉87、第六换热器88、第二变换废热锅炉89和第三水分离器90，其中第二析水组件包括并联的第二水煤气废热锅炉81和第四换热器82，变换炉组件包括第二管程式换热器84和变换炉86，第二管程式换热器84的管程出气口通过变换炉86与第二管程式换热器84的壳程进气口相连，第二管程式换热器84用于利用变换炉86所出水煤气加热变换炉86所进水煤气；变换炉86的出口端通过第五换热器85与第二管程式换热器84的壳程进气口相连。其中，第二水煤气废热锅炉81、第四换热器82、第五换热器85、第一变换废热锅炉87、第六换热器88和第二变换废热锅炉89均用于降低水煤气的温度使得水煤气中的水分析出，而第二水分离器83第三水分离器90用于将析出的水分去除。变换炉中发生变换反应，将一氧化碳和水变换为二氧化碳和氢气，以达到调整碳氢比的目的。
[0041]
优选的，所述配气管线60包括配气除杂设备，所述配气除杂设备包括第一废热处理装置和所述预变炉组件。如图3和图4所示，第一废热处理装置包括依次连接的第一析水组件和第一水分离器63，第一析水组件包括并联在水煤气运输管道上的第一水煤气废热锅炉61和第三换热器62，第一水煤气废热锅炉61和第三换热器62均用于给水煤气降温使得水煤气中水分析出，第一水分离器63用于将水煤气中析出的水分去除。
[0042]
图3为本发明高水气比的水煤气变换系统的结构示意图，在水煤气运输的方向上，所述预变炉组件和第一废热处理装置依次设置，此时水煤气直接进入预变炉组件，预变炉内的催化剂含量针对高水气比的水煤气进行成分调整。图4为本发明低水气比的水煤气变换系统的结构示意图，在水煤气运输的方向上，所述第一废热处理装置和预变炉组件依次设置，此时水煤气经过了第一废热处理装置将水分析出后进入预变炉组件，预变炉内的催化剂含量针对低水气比的水煤气进行成分调整。
[0043]
所述配气管线60上在原料气输送方向上依次设置有配气除杂设备和配气调节装置，配气调节装置包括并联在水煤气输送管线上的原料气粗调阀64和原料气细调阀65，可以实现水煤气运输量的大幅度调整和细调。
[0044]
优选的，所述预变炉组件包括开工氮气换热器100，所述第一管程出料口11通过所述开工氮气换热器100的管程与所述进气口3相连通，所述水煤气变换系统包括风机110，所述风机110、配气除杂设备、废热处理组件和洗氨塔77依次循环联通设置，所述风机110和洗氨塔77之间设置有循环管线调压阀121。水煤气变换系统的管线在开工之前需要充氮气以保护系统的管线和装置。预变炉1在开工前需要达到预变炉内反应所需温度和压强，催化剂也需要达到一定的温度。通过风机110可以使充入的氮气循环以保护水煤气变换系统，开工氮气换热器100可以给充入预变炉的氮气进行升温，以达到预变炉1开工的温度，在预变炉1升温完成后，充入第二压强的氮气，以达到预变炉1开工的压力。
[0045]
本发明第二方面提供一种本发明所述的水煤气变换系统的预热方法，包括：
[0046]
s1：向开工氮气换热器100的管程进口端充入第一设定压强的氮气；
[0047]
s2：启动风机110；
[0048]
s3：向开工氮气换热器100的壳程充入加热介质；
[0049]
s4：向进气口3充入第二设定压强的氮气。
[0050]
在步骤1中，向开工氮气换热器100的管程进口端充入第一设定压强的氮气，使得氮气进入如图5和图6所示的循环管线；在步骤2中，启动风机110可以使得氮气在循环管线中循环，以保护循环管线；在步骤3中向开工氮气换热器100的壳程充入加热介质，以加热循环气体，预热预变炉1；在步骤4中，待预变炉1升温完成后，停加热介质和第一压强的氮气，向预变炉1的进口端(即向进气口3)充入第二设定压强的氮气，使得预变炉1达到开工所需压强。给催化剂升温可以使催化剂达到反应的初始活性；达到水煤气的温度，避免水煤气遇冷造成大量的水分析出，浸泡催化剂致使催化剂受到高温后粉化；按照升温速率进行升温，避免催化剂突然遇到高温破坏其刚性结构，造成催化剂损坏；给预变炉1升压，达到水煤气的压力，避免预变炉1前后压差过大，损坏催化剂。
[0051]
如图5、6所示，循环氮气入料管111与风机110相连也可以由风机110向管线内充入氮气保护气。第一设定压强的氮气可以为0.7mpa，第二设定压强的氮气可以设置为8.0mpa。
[0052]
洗氨塔77与风机110之间的管线上设置有去火炬管线120，去火炬管线120上设置有循环管线调压阀121，用于控制变换系统升温的压力；预变炉1的出口管线4上设置有去火炬管线，去火炬管线上设置有阀门，用于预变炉检修时泄压或者是置换可燃气体。变换系统进料管线50上设置有变换系统进料口阀51，以控制水煤气变换系统的开闭。氮气预压管线105设置在开工氮气换热器管程进料口101处，以向预变炉充入氮气。由开工氮气换热器壳程进料口103向开工氮气换热器100的壳程充入过热蒸汽以升温氮气，从而使得预变炉升
温。过热蒸汽由开工氮气换热器壳程出料口104排出。
[0053]
打通循环如图5所示，向开工氮气换热器100的管程进口端充入0.4mpa氮气，将该循环内部充压至0.3mpa；确认氮气循环风机具备启动条件后按操作规程启动循环风机，进行氮气循环，控制循环量在10000～20000nm3/h，循环管线调压阀121控制压力在0.3～0.4mpa。
[0054]
检查确认开工氮气加热器具备投用条件；投用开工氮气换热器100，全开开工氮气换热器壳程进料口103，向其通入蒸汽，对预变炉催化剂进行升温，控制升温速率≤50℃/h；及时调整加热蒸汽量；将催化剂温度升至220～250℃，等待导入工艺气。
[0055]
变换部分导气完成后，系统调整平稳；开始投用配气部分；通过配气调节装置缓慢增加配气部分工艺气量，防止变换炉床层温度波动；随着配气部分气量的增加，监控好各废锅的液位和压力；监控好各分离罐的液位；待配气部分投用完成，系统调整平稳后，准备投用预变炉。
[0056]
向预变炉1入口端充入第二设定压强的氮气，确认预变炉通过高压氮气升压至5.0mpa，停止充入氮气；确认预变炉入口温度高于水煤气的饱和温度20℃以上，240～250℃。
[0057]
预变炉开始导气，打开出气口阀41，待预变炉出口阀41全开后，打开预变炉进气口阀31，关闭预变炉旁路管线阀22，水煤气导入预变炉1，密切关注预变炉床层温度变化。
[0058]
水煤气导入预变炉后，及时调整系统各工艺参数，调整氢碳比至设计范围内，通过循环管线调压阀121控制系统压力。
[0059]
打通循环如图6所示，向开工氮气换热器100的管程进口端充入0.4mpa氮气，将该循环内部充压至0.3mpa；确认氮气循环风机具备启动条件后按操作规程启动循环风机，进行氮气循环，控制循环量在10000～20000nm3/h，循环管线调压阀121控制压力在0.3～0.4mpa。
[0060]
检查确认开工氮气加热器具备投用条件；投用开工氮气换热器100，全开开工氮气换热器壳程进料口103，向其通入蒸汽，对预变炉催化剂进行升温，控制升温速率≤50℃/h；及时调整加热蒸汽量；将催化剂温度升至220～250℃，等待导入工艺气。
[0061]
变换部分导气完成后，系统调整平稳；开始投用配气部分；通过配气调节装置缓慢增加配气部分工艺气量，防止变换炉床层温度波动；随着配气部分气量的增加，监控好各废锅的液位和压力；监控好各分离罐的液位；待配气部分投用完成，系统调整平稳后，准备投用预变炉。
[0062]
向预变炉1入口端充入第二设定压强的氮气，确认预变炉通过高压氮气升压至5.0mpa，停止充入氮气；确认预变炉入口温度高于水煤气的饱和温度20℃以上，210～220℃。
[0063]
预变炉开始导气，打开出气口阀41，待预变炉出口阀41全开后，打开预变炉进气口阀31，关闭预变炉旁路管线阀22，水煤气导入预变炉1，密切关注预变炉床层温度变化。
[0064]
水煤气导入预变炉后，及时调整系统各工艺参数，调整氢碳比至设计范围内，通过循环管线调压阀121控制系统压力。
[0065]
预变炉的切出操作如下：
[0066]
关闭预变炉进气口阀31，同时打开预变炉旁路管线阀22，期间密切关注变换气量，
变换炉床层温度及系统氢碳比的变化，及时关小第一管程出料口阀15进行调整，避免系统大幅度波动；密切关注各废锅压力和液位及各分离器液位，及时对其跟踪调整。
[0067]
当预变炉进气口阀31关闭，预变炉旁路管线阀22全开后，关闭预变炉出气口阀41，打开预变炉放火炬阀进行泄压，控制泄压速率≤0.1mpa/min；当预变炉泄压完成后，向预变炉进气口3充入0.7mpa氮气对其进行置换，分析可燃气体含量≤0.5v/v％为合格。
[0068]
置换结束后，将预变炉进出口盲板导盲，预变炉与系统隔离，待其床层温度降至40～50℃，对预变炉进行更换瓷球及催化剂操作。
[0069]
本申请所述工艺气、原料气均为水煤气。
[0070]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。