[发明专利]一种合成气的变换工艺

说明书

本发明公开一种合成气的变换工艺，将含有CO的合成气通过加压装置，加压至1.5MPa‑3.0MPa，通入变换装置中，同时通入水蒸气，在变换催化剂的存在下，并且所述变换装置的温度为150‑1000℃，CO和水反应，从而得到变换气，在所述变换气中H₂和CO的摩尔比不低于2.9。在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤中制备成主要包含CO和H₂的合成气，通过本发明的变换工艺，调节合成气的CO和H₂的比例，从而使得合成气能用于合成甲烷，进而充分利用低阶煤；本发明的变换工艺，操作简单可行，使用现有设备，运行成本较低，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及煤物质清洁利用技术领域，尤其涉及一种合成气的变换工艺。

背景技术

在我国已探明的煤炭储量中一半以上为低阶煤，其中蕴藏的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。低阶煤主要具有高水分、高挥发性的物质特性，在燃烧时火焰较长且有烟，煤化程度较低，典型煤种为褐煤和长焰煤。我国富煤少油缺气，如何高效利用低阶煤成为当今清洁煤技术的重大课题。然而无论是燃烧发电，还是现代煤化工利用，都因为其高水、高灰和低热值的三大特性使其综合利用的效率极低。

目前低阶煤的利用方式主要是直接燃烧或气化。低阶煤制取的合成气中一氧化碳和二氧化碳的含量较高，氢气的含量较低，需要经过变换工艺才能得到氢气含量较高的合成气。

变换反应的化学方程式为：

可能发生的副反应：

一氧化碳变换反应是可逆反应，即在一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的同时，二氧化碳和氢气也会生成一氧化碳和水；也是放热反应，在生成二氧化碳和氢气的同时放出热量，反应热的大小与反应温度有关。

ΔH_R＝-41868-1.2184T+1.1911×10^-3-4.0625×10^-6T² kJ/kmol

T-温度，单位：开尔文(K)

该反应是湿基气体体积不变、干基气体体积增加的反应；反应需要在有催化剂存在的条件下进行，对反应1-1要有良好的选择性。同时，在催化剂的作用下，一氧化碳变换反应进行所需要的能量大大降低，反应速度因此而加快。

目前变化反应的催化剂主要有Fe-Cr、Cu-Zn、Co-Mo三大催化剂系列

Fe-Cr系变换催化剂的变换工艺，操作温度范围为320～500℃，称为中、高温变换工艺。其操作温度较高，在高水气比下经变换后变换气体仍含有3％左右的CO。Fe-Cr系变换催化剂的抗硫毒能力差，蒸汽消耗较高，有最低水气比要求。

Cu-Zn系变换催化剂的变换工艺，操作温度范围为190～280℃，称为低温变换工艺。这种工艺要求变换温升较小，通常串联在中、高温变换工艺之后，进一步将气体中3～5％左右的CO降低到0.3％以下。Cu-Zn系变换催化剂的抗硫毒能力极差，适用于总硫含量低于0.1ppm的气体。

Co-Mo系变换催化剂的变换工艺，操作温度范围为240～480℃，称为耐硫宽温变换工艺，宽温变换催化剂操作温区较宽，原料气经变换后CO可降至1.0％以下；Co-Mo系变换催化剂的抗硫毒能力极强，对总硫含量无上限要求。

在工业条件下，当使用当量直径为2-10mm或更大的催化剂颗粒时，变换反应的内扩散是严重的，在一定程度上降低了反应速度。因此，一氧化碳变换反应过程的速度应是在本征反应速度的基础上计入内表面利用率的宏观反应速度。对于同一尺寸的催化剂在相同压力下，温度升高，内表面利用率下降；在相同温度和压力下，小颗粒的催化剂具有较高的内表面利用率；而对同一尺寸的催化剂在相同温度下，内表面利用率随压力的增加而迅速下降。