一氧化碳變換工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種一氧化碳變換工藝，解決了現有一氧化碳變換工藝復雜、流程長、系統(tǒng)溫度控制不穩(wěn)定、催化劑易失活的問題。技術方案包括粗煤氣經煤氣分離器氣液分離后送煤氣過濾器過濾，然后送入蒸汽混合器中與中壓蒸汽混合，混合氣送入煤氣預熱氣與出等溫反應器的反應氣換熱升溫，升溫后的混合氣送入等溫反應器進行反應，使原料氣的反應轉化率達90％以上，反應后的反應氣送入所述煤氣預熱器與混合氣換熱降溫后再送入低溫絕熱反應器進一步充分反應得到變換氣。本發(fā)明工藝流程極其簡單、控制可靠、設備投資低、運行成本低、節(jié)能降耗、可獲得高品位蒸汽。
【專利說明】一氧化碳變換工藝

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化工行業(yè)的變換工藝，具體涉及一種一氧化碳變換工藝。

【背景技術】
[0002] 采用變換反應調整煤氣中C0與H2的比例，從而制取化工產品如甲醇、合成氨、天 然氣等是煤化工中一個重要的途徑。以合成氨為例，合成氨生產需要的原料氣是氫氣和氮 氣，而粗煤氣一般含有較大量的C0,高者可達70 %以上，需要將其與水反應轉化成0)2與!12。 一氧化碳變換是粗煤氣借助于催化劑的作用，在一定溫度下，在變換反應器中與水蒸汽反 應，生成二氧化碳和氫氣的工藝過程。
[0003] 變換反應屬強放熱反應，且是一個熱力學控制的過程，工業(yè)上變換裝置多采用絕 熱固定床反應器，這種反應流程一般配置多段反應器和多臺換熱設備，工藝路線長，系統(tǒng)阻 力大，工程投資大，運行能耗高、低品位熱能多但卻不能有效利用，系統(tǒng)能耗高，反應器易飛 溫、催化劑容易高溫失活等問題。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了解決上述技術問題，提供一種工藝簡單、控制可靠、設備投資 低、運行成本低、節(jié)能降耗、獲得高品位蒸汽的一氧化碳變換工藝。
[0005] 本發(fā)明工藝中，粗煤氣經煤氣分離器氣液分離后送煤氣過濾器過濾，然后送入蒸 汽混合器中與中壓蒸汽混合，混合氣送入煤氣預熱氣與出等溫反應器的反應氣換熱升溫， 升溫后的混合氣送入等溫反應器進行反應，使原料氣的反應轉化率達90%以上，反應后的 反應氣送入所述煤氣預熱器與混合氣換熱降溫后再送入低溫絕熱反應器進一步充分反應 得到變換氣。
[0006] 所述混合氣經煤氣預熱器換熱后升溫至300-34(TC ;所述反應氣經煤氣預熱器換 熱降溫至230-270°C后再送入低溫絕熱反應器，出低溫絕熱反應器后原料氣的反應轉化率 達99. 5%以上。
[0007] 所述等溫反應器包括殼體，所述殼體內的上段和下段分別設有上室布水器和下室 布水器，所述上室布水器與下室布器之間經均勻布置的多根換熱管連接，所述上室布水器 與殼體頂部的水汽出口管連通，下室布水器與殼體底部的鍋爐給水管連接，所述殼體頂部 設有原料氣進口、底部設有反應氣出口管，所述殼體的中段填充有催化劑床層，反應室中心 管位于殼體中段中心線位置且與反應氣出口管連通；所述粗煤氣由原料氣進口進入殼體 內，在穿過催化劑床層時與催化劑發(fā)生反應，反應后的氣體經反應室中心管由反應氣出口 管排出；所述鍋爐給水由鍋爐給水進口進入下室布水器，由下室布水器進入換熱管與管外 的催化劑床層間接換熱，換熱后的水汽經上室布水器由水汽出口引出。
[0008] 所述反應室中心管上均勻開有多個小孔，小孔孔徑為0. 1mm?20mm。
[0009] 所述上室布水器位于上室支撐板內，所述上室支撐板距離殼體壁面具有環(huán)隙，所 述混合氣經環(huán)隙向下流入催化劑床層。
[0010] 所述下室布水器位于下室支撐板內。
[0011] 所述殼體上的水汽出口管均勻布置有2根，所述鍋爐給水管均勻布置有2根。 [0012] 所述水汽出口管與汽包的蒸汽管道連接，所述鍋爐給水管與汽包的鍋爐給水管道 連接，所述鍋爐給水經汽包送入等溫反應器的鍋爐給水管內，蒸汽由水汽出口管引出經汽 包的蒸汽管道外送。
[0013] 發(fā)明人改變了過去一氧化碳變換工藝采用多段絕熱反應器及多臺換熱器串聯的 流程，改用一臺恒溫的等溫反應器，同時為提高粗煤氣的轉化率，僅串聯了一臺低溫絕熱反 應器，并對等溫反應器的結構也進行了改進，主要表現在以下方面。
[0014] 首先，發(fā)明人設置等溫反應器串聯低溫絕熱反應器來使粗煤氣進行充分變換反 應。通過設置等溫反應器維持系統(tǒng)恒溫在320?340°C，便于控制系統(tǒng)溫度，有效防止系統(tǒng) 升溫，避免催化劑高溫失活；設置串聯的絕熱反應器，保持系統(tǒng)低溫控制在250?270°C，利 用低溫下絕熱反應器內充分反應的原理，使系統(tǒng)內粗煤氣充分反應，提高原料氣轉化率。
[0015] 其次，發(fā)明人對等溫反應器進行改進，通過向換熱管內通入鍋爐給水，可對等溫反 應器內的催化劑床層高效換熱，移除變換反應熱量，保證等溫反應器內溫度恒定，避免催化 劑高溫失活，同時副產高品位蒸汽，改變傳統(tǒng)絕熱多段變換反應流程，優(yōu)化工藝流程，減少 反應器及換熱器的數量，節(jié)省裝置投資，便于操作管理；通過設置下室布水器，使鍋爐給水 能均勻的進入每根換熱管中，保證催化劑床層溫度均勻，避免床層溫度不均導致的催化劑 失活，提高催化劑的使用壽命。
[0016] 進一步的，將反應室中心管設置在殼體中段的中心線上，保證混合氣以盡可能長 的行程穿過催化劑床層與催化劑進行充分反應，然后再進入反應室中心管；在反應室中心 管的下段管壁上均勻開有多個小孔，這樣就可使混合氣向催化劑床層中心集中的同時還增 加了下行的路線才能由反應室中心管引出，提高催化反應的均勻性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。小孔 孔徑為0. 1_?20_，過大會造成原料氣未充分進行催化反應就通過大孔離開系統(tǒng)，從而 降低原料氣轉化率，也造成原料的浪費；過小會加大系統(tǒng)阻力降，使發(fā)生變換反應后的氣體 不能及時移出系統(tǒng)。
[0017] 所述上室布水器和下室布水器可安裝在對應的上室及下室支撐板內，所述上室支 撐板距離殼體壁面具有一定環(huán)隙，起到為混合氣導向作用，使混合氣經環(huán)隙沿殼體壁面下 行，從催化劑床層的周部向中部行進。
[0018] 再次，發(fā)明人設置煤氣預熱器，利用等溫反應器出口反應氣與混合氣換熱，一方面 升高混合氣溫度，提高等溫反應器內初期反應速率，另一方面降低變換氣溫度以進入下段 絕熱反應器更充分地進行變換反應，達到合理利用能量的目的；
[0019] 本發(fā)明工藝僅有兩級變換反應段，溫度控制更為簡單可靠，易于操作，設備緊湊、 裝置占地面積小、設備投資和運行成本低，一氧化碳變換效率高、同時副產高品位蒸汽，具 有廣闊的市場應用前景，尤其適用于高濃度一氧化碳的粗煤氣變換系統(tǒng)，對粗煤氣中的一 氧化碳進行充分變換，變換效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明工藝流程圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明中等溫反應器的結構示意圖；
[0022] 圖3為等溫反應器中熱換管及布水器的立面圖。
[0023] 其中：A-煤氣分離器、B-煤氣過濾器、C-蒸汽混合器、D-煤氣預熱器、E-等溫反 應器、F-絕熱反應器、G-汽包。
[0024] 1-原料氣進口、2-反應氣出口管、3-鍋爐給水進口管、4-水汽出口管、5-催化劑進 口、6-催化劑出口、7-上室布水器、8-下室布水器、9-反應室中心管、10-環(huán)隙、11-上室支 撐板、12-下室下支撐板、13-換熱管、14-小孔、15-催化劑床層、16-殼體。

【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步解釋說明：
[0026] 煤氣分離器A、煤氣過濾器B、蒸汽混合器C和煤氣預熱器D，所述蒸汽混合氣經煤 氣預熱器D的管程或殼程與等溫反應器E連接，所述等溫反應器E再經煤氣預熱器D的殼 程或管程與絕熱反應器F連接；
[0027] 等溫反應器E的結構為包括殼體16,所述殼體16內的上段和下段分別設有安裝 上室支撐板11內的上室布水器7和安裝在下室支撐板12內下室布水器8,所述上室支撐 板11距離殼體16壁面具有環(huán)隙10,所述上室布水器7與下室布器8之間經均勻布置的多 根換熱管13連通，所述上室布水器7與殼體16頂部2根均勻布置的水汽出口管4連通，下 室布水器8與殼體16底部2根均勻布置的鍋爐給水管3連通，所述殼體16頂部還設有原 料氣進口 1，底部設有反應氣出口管2,所述殼體16的中段填充有催化劑床層15,反應室中 心管9的位于殼體16中段中心線位置且與反應氣出口管2連通，所述反應室中心管9下段 均勻有開有多個小孔14,小孔孔徑為0· 1mm?20mm，所述等溫反應器的高徑比為2. 0 :1? 3. 5 :1。所述殼體上還設有與催化劑床層15連通的催化劑進口 5和催化劑出口 5。所述水 汽出口管4與汽包G的蒸汽管道連接，所述鍋爐給水進口管3與汽包G的鍋爐給水管道連 接。
[0028] 工藝過程：
[0029] 參見圖1，粗煤氣（溫度165?260°C，壓力3. 0?6. 5MPaG)經煤氣分離器A氣液 分離后送入煤氣過濾器B過濾出固體顆粒，過濾后的粗煤氣（含塵量降至lmg/Nm3以下）， 然后送入蒸汽混合器C中與蒸汽混合（所述蒸汽來自等溫反應器E頂部引出的部分蒸汽）， 粗煤氣與蒸汽混合形成混合氣送入煤氣預熱器D中與出等溫反應器E的反應氣換熱升溫至 300-340°C，升溫后的混合氣送入等溫反應器E進行反應，使粗煤氣轉化率達90 %以上，反 應后的反應氣送入所述煤氣預熱器D與混合氣換熱降溫至230-270°C后再送入低溫絕熱反 應器F進一步充分反應得到變換氣（轉化率達99. 5 %以上）。鍋爐給水由經汽包G的鍋爐 給水管道送入等溫反應器E底部的鍋爐給水進口管3,所述等溫反應器E頂部引出的蒸汽 (320?340°C的飽和蒸汽）經水汽出口管4引出后再經汽包G的蒸汽管道部分回送至蒸汽 混合器C，其余部分外送。
[0030] 參見圖2,在所述等溫反應器E中，所述混合氣由原料氣進口 1進入殼體16上段 再經上室支撐板11導向，經上室支撐板11與殼體15間的環(huán)隙10沿殼體16的壁面下行， 在穿過催化劑床層15時與催化劑發(fā)生反應，反應后的氣體經反應室中心管9下段的小孔 14進入反應氣出口管2內，最后由反應氣出口管2排出；所述鍋爐給水由鍋爐給水進口管3 進入下室布水器8,由下室布水器8進入換熱管13與管外的催化劑床層15間接換熱，換熱 后的水蒸汽經上室布水器7由水汽出口管4引出。由于等溫反應器E中持續(xù)鍋爐給水的通 入，能夠不斷移走催化反應產生的熱量，使等溫反應器E內的溫度恒定，使混合氣能夠在反 應器內充分反應，不會出現反應器易飛溫、催化劑容易高溫失活等問題。同樣由于等溫反應 器的溫度控制恒定，因此相對于絕熱反應器而言，等溫反應器E設備的材料成本及制造難 度也相應相降，設備投資更低。
[0031] 所述絕熱反應器E為變換工藝現有常用反應器，具體結構在此不作詳述。所述布 水器可以為盤管。
[0032] 以處理100000Nm3/h的C0+H2變換工藝為例，若采用本方明的新工藝與等溫反應 器，反應器溫度控制平穩(wěn)、催化劑能高效利用不失活、變換段數只需等溫反應器與絕熱反應 器兩段，能有效地提高原料氣轉化效率（達99. 5%以上），同時副產蒸汽外送，節(jié)能降耗增 效效果明顯。同時采用本發(fā)明的系統(tǒng)由于流程簡單，設備數量少，不需要頻繁檢修和檢修設 備少，可極大地降低設備的維護費用。直接減少設備投資約100萬元，節(jié)約運行成本約200 萬元，外送蒸汽產生附加效益約300萬元，總計可產生600萬元的經濟效益。
【權利要求】
1. 一種一氧化碳變換工藝，其特征在于，粗煤氣經煤氣分離器氣液分離后送煤氣過濾 器過濾，然后送入蒸汽混合器中與中壓蒸汽混合，混合氣送入煤氣預熱氣與出等溫反應器 的反應氣換熱升溫，升溫后的混合氣送入等溫反應器進行反應，使原料氣的反應轉化率達 90%以上，反應后的反應氣送入所述煤氣預熱器與混合氣換熱降溫后再送入低溫絕熱反應 器進一步充分反應得到變換氣。
2. 如權利要求1所述的一氧化碳變換工藝，其特征在于，所述混合氣經煤氣預熱器換 熱后升溫至300-34(TC;所述反應氣經煤氣預熱器換熱降溫至230-270°C后再送入低溫絕熱 反應器，出低溫絕熱反應器后原料氣的反應轉化率達99. 5%以上。
3. 如權利要求1或2所述的一氧化碳變換工藝，其特征在于，所述等溫反應器包括殼 體，所述殼體內的上段和下段分別設有上室布水器和下室布水器，所述上室布水器與下室 布器之間經均勻布置多根換熱管連接，所述上室布水器與殼體頂部的水汽出口管連通，下 室布水器與殼體底部的鍋爐給水管連接，所述殼體頂部設有原料氣進口、底部設有反應氣 出口管，所述殼體的中段填充有催化劑床層，反應室中心管位于殼體中段中心線位置且與 反應氣出口管連通；所述粗煤氣由原料氣進口進入殼體內，在穿過催化劑床層時與催化劑 發(fā)生反應，反應后的氣體經反應室中心管由反應氣出口管排出；所述鍋爐給水由鍋爐給水 進口進入下室布水器，由下室布水器進入換熱管與管外的催化劑床層間接換熱，換熱后的 水汽經上室布水器由水汽出口引出。
4. 如權利要求3所述的一氧化碳變換工藝，其特征在于，所述反應室中心管的下段均 勻開有多個小孔，小孔孔徑為〇. 1_?20_。
5. 如權利要求3所述的一氧化碳變換工藝，其特征在于，所述上室布水器位于上室支 撐板內，所述上室支撐板距離殼體壁面具有環(huán)隙，所述原料氣經環(huán)隙向下流入催化劑床層。
6. 如權利要求3所述的一氧化碳變換工藝，其特征在于，所述下室布水器位于下室支 撐板內。
7. 如權利要求3所述的一氧化碳變換工藝，其特征在于，所述殼體上的水汽出口管均 勻布置有2根，所述鍋爐給水管均勻布置有2根。
8. 如權利要求3-8任一項所述的一氧化碳變換工藝，其特征在于，所述水汽出口管與 汽包的蒸汽管道連接，所述鍋爐給水管與汽包的鍋爐給水管道連接，所述鍋爐給水經汽包 送入等溫反應器的鍋爐給水管內，蒸汽由水汽出口管引出經汽包的蒸汽管道外送。
【文檔編號】C01B3/12GK104150439SQ201410345917
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權日:2014年7月21日
【發(fā)明者】張宗飛, 唐鳳金, 湯連英, 李繁榮, 徐建民 申請人:中國五環(huán)工程有限公司