本實用新型涉及一種CO變換反應(yīng)裝置，尤其涉及到煤化工等領(lǐng)域?qū)υ蠚膺M行CO變換，生產(chǎn)CO₂和H₂的基本工藝，具體涉及束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置。

背景技術(shù)：
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煤化工、天然氣化工、煤層氣化工、沼氣化工等涉及到要制取H₂氣或CO₂等氣體的工業(yè)中，均涉及到原料氣中CO的變換轉(zhuǎn)化，尤其目前大力推廣的環(huán)保型粉煤氣化爐、水煤漿氣化爐等此類加壓的、高濃度的CO原料氣體，它們在目前節(jié)能性能較好的催化劑(Co-Mo系、Cu-Zn系等)作用下，在適宜的反應(yīng)條件下，使CO和H₂O反應(yīng)生成CO₂和H₂，并放出熱量，其反應(yīng)方程式為：CO+H₂O＝CO₂+H₂+Q_放。由于目前采用了純氧制氣的水煤漿或粉煤氣化方式，原料氣中的CO含量很高，達到45％～65％，目前傳統(tǒng)的絕熱變換由于受“反應(yīng)溫升”限制，為防止“飛溫”，則采用多床層串聯(lián)式變換爐，往往一個變換工序有至少四臺變換爐，當(dāng)CO含量高時，達到四臺以上的變換反應(yīng)器，由于原料氣中的CO含量很高，產(chǎn)生的“溫升”較高。

為了解決上述問題，申請?zhí)枮?012101857319的專利申請?zhí)峁┝艘环N副產(chǎn)高品位蒸汽節(jié)能深度轉(zhuǎn)化的水移熱變換工藝，在該變換工藝中，采用兩級變換爐工藝，兩級變換爐均為水移熱變換爐，利用水移熱換熱爐內(nèi)部的水管將反應(yīng)熱移出，分別副產(chǎn)2.56-9.0MPa和0.5-2.5MPa的飽和蒸汽，使得變換爐的出口溫度變的易于控制，在該申請所述的技術(shù)方案中，為了獲得較高品質(zhì)的蒸汽及提高CO的反應(yīng)效率，在第一級變換爐中，反應(yīng)溫度的上限設(shè)置控制在400℃，由于反應(yīng)溫度達到330℃時，開始有甲烷產(chǎn)生，較高的反應(yīng)溫度可以得到較高的CO反應(yīng)效率，但卻使得變換氣的成分變的復(fù)雜，增加了后續(xù)處理的難度和費用。

在上述申請中，第二級變換爐采用了一段式的反應(yīng)爐，一段式的反應(yīng)爐的爐體的結(jié)構(gòu)相對簡單。經(jīng)過一級變換爐后，原料氣中的大部分CO已完成轉(zhuǎn)化，二級變換爐實際的作用是提高CO的轉(zhuǎn)化率，以提高原料氣的利用效率，由于在二級變換爐中變換氣中CO的濃度已非常低，一段式的變換爐如果要使CO的轉(zhuǎn)換率較高，就要使變換爐具有較大的長度，以延長變換氣在二級變換爐中的停留時間，這不但需要制作體積較大的反應(yīng)爐，也增加了生產(chǎn)的控制難度，不利于整個生產(chǎn)的平穩(wěn)進行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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因此有必要提供一種技術(shù)方案，在保持CO轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上，盡可能避免甲烷化反應(yīng)的產(chǎn)生，以及合理地利用反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱能。

為了達到上述目標，本申請?zhí)峁┑牡谝环桨甘鞘苁剿惨茻釓?fù)合型CO變換裝置，包括束管式水床反應(yīng)器、多段式變換反應(yīng)器、第一汽包、第一換熱器、第二換熱器和脫毒罐；

束管式水床反應(yīng)器的頂部設(shè)置有氣體進口A和冷媒出口A，在底部設(shè)置有氣體出口A和冷媒進口A，在該束管式水床反應(yīng)器中設(shè)置有用于移出反應(yīng)熱的水冷集束管組合件，水冷集束管組合件的上端通過上封頭與冷媒出口A連通，水冷集束管組合件的下端通過下封頭與冷媒進口A連通；水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個用于放置催化劑的空腔，空腔的上下兩端收縮、中間大，在集束管間放置催化劑；

多段式變換反應(yīng)器至少包括首段反應(yīng)段和末段反應(yīng)段，在首段反應(yīng)段上設(shè)置有首段氣體進口IB和首段氣體出口IB，在末段反應(yīng)段上設(shè)置有末段氣體進口IIB和末段氣體出口IIB；

第一汽包設(shè)置有出水口A、回水口A、蒸汽出口A和進水口A；

第一換熱器的冷媒通道經(jīng)脫毒罐連通束管式水床反應(yīng)器的氣體進口A，束管式水床反應(yīng)器的氣體出口A依次經(jīng)第一換熱器的熱媒通道和第二換熱器的冷媒通道后、連通多段式變換反應(yīng)器的首段氣體進口IB，多段式變換反應(yīng)器的首段氣體出口IB經(jīng)第二換熱器的熱媒通道后連通末段氣體進口IIB；

第一汽包的出水口A連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒進口A，第一汽包的回水口A連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒出口A。

本實用新型束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置中，設(shè)計了兩級變換反應(yīng)器，其中第一級變換反應(yīng)器采用目前技術(shù)較為先進且成熟的束管式水床反應(yīng)器，束管式水床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱通過第一汽包進行回收，用于生產(chǎn)蒸汽或作為其它熱源。

在束管式水床反應(yīng)器中，采用了水冷集束管組合件，水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個用于放置催化劑的空腔，在集束管間放置催化劑；當(dāng)原料氣經(jīng)氣體進口A進入到反應(yīng)器中后，進入到集束管間的催化劑發(fā)生反應(yīng)，然后由氣體出口A排出，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量被水冷集束管中的水帶走?？涨皇降慕Y(jié)構(gòu)使比冷面積有很大的提高，提高了換熱效率，其中的封頭固定方式，減少了水冷集束管的振動，有利于換熱。良好的換熱功能，保證了原料氣中CO在轉(zhuǎn)換時，可以穩(wěn)定在設(shè)定的反應(yīng)溫度內(nèi)，避免出現(xiàn)反應(yīng)溫度過高，防止產(chǎn)生甲烷化副反應(yīng)。

在目前廣泛應(yīng)用的各式反應(yīng)器中，無論是徑向式反應(yīng)器還是軸向式反應(yīng)器，生產(chǎn)均采用連續(xù)式操作，在反應(yīng)器內(nèi)，原料氣中的各種組分總是存在著濃度差，隨著原料氣中CO不斷地轉(zhuǎn)換掉，其濃度也逐漸降低，CO的轉(zhuǎn)換效率也會大幅度地下降，在單級的反應(yīng)器中，CO的轉(zhuǎn)化效率達到一定的范圍后，將很難再提高，為了提高CO的轉(zhuǎn)化效率，人們采用了多個反應(yīng)器串聯(lián)，以提高CO的轉(zhuǎn)換效率。在本實用新型中，第二級變換反應(yīng)器采用了多段式變換反應(yīng)器，在多段式變換反應(yīng)器中，原料氣在進入下一反應(yīng)段時，由于過流通道變小，使得原料氣的流速變大，當(dāng)原料氣進入到下一反應(yīng)段內(nèi)后，空間變大，快速進入的原料氣發(fā)生劇烈的擾動，使原料氣的溫度以及各組分的濃度重新形成均勻的分布，有利于提高CO的轉(zhuǎn)換率和轉(zhuǎn)換速度，由此可降低變換反應(yīng)器的體積，降低整個CO變換裝置的整體費用。

進一步，該變換裝置還包括第二汽包，

第二汽包設(shè)置有出水口B、回水口B、蒸汽出口B和進水口B；

在多段式變換反應(yīng)器中，至少有一段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)，其余反應(yīng)段為絕熱式結(jié)構(gòu)，在采用束管式水床結(jié)構(gòu)的反應(yīng)段內(nèi)設(shè)置有水冷換熱管，水冷換熱管的一端為冷媒進口B，另一端為冷媒出口B；優(yōu)選首段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)；

第二汽包的出水口B連通上述冷媒進口B，第二汽包的回水口B連通上述冷媒出口B。

在多段式變換反應(yīng)器中，至少設(shè)置一段束管式水床結(jié)構(gòu)的反應(yīng)段，并增設(shè)第二汽包后，通過汽包中的水可將多段式反應(yīng)器中的反應(yīng)熱移出；進一步方便控制多段式變換反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度，確保CO變換反應(yīng)的平穩(wěn)進行。

多段式變換反應(yīng)器的首段反應(yīng)段采用水床結(jié)構(gòu)后，可使大部分反應(yīng)熱被水移出，經(jīng)過首段反應(yīng)段的轉(zhuǎn)化后，變換氣中的CO含量已很低，在后續(xù)的轉(zhuǎn)化過程中，所產(chǎn)生的反應(yīng)熱量也很少，不會使變換氣的溫度產(chǎn)生比較大的升幅。僅將首段反應(yīng)段的反應(yīng)熱移出反應(yīng)器，已完全能夠滿足CO轉(zhuǎn)化的需要，同時也能夠使多段式變換反應(yīng)器的構(gòu)造簡單化，降低整個變換裝置的建設(shè)費用。

將多段式變換反應(yīng)器的其余反應(yīng)段設(shè)置為絕熱式結(jié)構(gòu)后，使反應(yīng)過程不受外部環(huán)境溫度變化的影響，使反應(yīng)溫度的調(diào)整比較平穩(wěn)，保證生產(chǎn)的連續(xù)和穩(wěn)定性。

進一步，該變換裝置還包括第三換熱器和第四換熱器；

多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB依次串接第三換熱器的熱媒通道和第四換熱器的熱媒通道；

第三換熱器的冷媒通道連通有除氧軟水管；第四換熱器的冷媒通道連通有軟水管。

第三換熱器和第四換熱器主要用于將完成反應(yīng)的變換氣所攜帶的熱能置換出來，使變換氣的溫度降低到≤40℃，以便進入下道工序。置換出來的熱能可用來加熱軟水，加熱后的軟水可作為鍋爐用水，也可用于作為其它工藝用水。

連接第三換熱器除氧軟水管和連接第四換熱器的軟水管可以單獨生產(chǎn)不同品位的蒸汽，或者將上述除氧軟水管和軟水管通過除氧器連接起來，用于生產(chǎn)更高品位的蒸汽。

附圖說明

圖1是實施例1的簡圖。

圖2是實施例2的簡圖。

具體實施方式

實施例1：

請參閱圖1，一種束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置，包括束管式水床反應(yīng)器210、多段式變換反應(yīng)器220、第一汽包218、第一換熱器211、第二換熱器221和兩個脫毒罐，兩個脫毒罐分別為脫毒罐A213和脫毒罐B214；束管式水床反應(yīng)器210的頂部設(shè)置有氣體進口A和冷媒出口A，在底部設(shè)置有氣體出口A和冷媒進口A，該束管式水床反應(yīng)器中設(shè)置有用于移出反應(yīng)熱的水冷集束管組合件，水冷集束管組合件的上端通過上封頭與冷媒出口A連通，水冷集束管組合件的下端通過下封頭與冷媒進口A連通；水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個用于放置催化劑的空腔，空腔的上下兩端收縮、中間大，在集束管間放置催化劑；在本實施例中，束管式水床反應(yīng)器具體采用專利號為201410693545.5的設(shè)備，關(guān)于該設(shè)備的具體設(shè)計可參閱該專利文獻，不再贅述。

多段式變換反應(yīng)器220采用絕熱床式反應(yīng)器，具體包括兩段，分別為首段反應(yīng)段225和末段反應(yīng)段226，在首段反應(yīng)段225上設(shè)置有首段氣體進口IB222和首段氣體出口IB223，在末段反應(yīng)段226上設(shè)置有末段氣體進口IIB224和末段氣體出口IIB228；

第一汽包218設(shè)置有出水口A243、回水口A241、蒸汽出口A242和進水口A244；

兩個脫毒罐并聯(lián)設(shè)置，第一換熱器211的冷媒通道經(jīng)脫毒罐連通束管式水床反應(yīng)器210的氣體進口A，束管式水床反應(yīng)器210的氣體出口A依次經(jīng)第一換熱器211的熱媒通道和第二換熱器221的冷媒通道后、連通多段式變換反應(yīng)器220的首段氣體進口IB222，多段式變換反應(yīng)器的首段氣體出口IB223經(jīng)第二換熱器221的熱媒通道后連通末段氣體進口IIB224；

第一汽包218的出水口A243連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒進口A，第一汽包的回水口A241連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒出口A，進水口A244接通軟水管網(wǎng)。

在本實施例中，還設(shè)置有第三換熱器231和第四換熱器232，

多段式變換反應(yīng)器220的末段氣體出口IIB228依次串接第三換熱器231的熱媒通道和第四換熱器232的熱媒通道后，連通氣液分離器234的進口，氣液分離器234的排氣口經(jīng)管道202連通下道工序；氣液分離器234底部的排液口經(jīng)管道203連接氣提塔236。

第三換熱器231的冷媒通道連通有除氧軟水管246；第四換熱器232的冷媒通道連通有軟水管247。

實施例2

請參閱圖2，一種束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置，包括束管式水床反應(yīng)器310、多段式變換反應(yīng)器320、第一汽包318、第二汽包327、第一換熱器311、第二換熱器321和兩個脫毒罐，兩個脫毒罐分別為脫毒罐A313和脫毒罐B314；束管式水床反應(yīng)器310頂部設(shè)置有氣體進口A和冷媒出口A，在底部設(shè)置有氣體出口A和冷媒進口A，該束管式水床反應(yīng)器中設(shè)置有用于移出反應(yīng)熱的水冷集束管組合件，水冷集束管組合件的上端通過上封頭與冷媒出口A連通，水冷集束管組合件的下端通過下封頭與冷媒進口A連通；水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個用于放置催化劑的空腔，空腔的上下兩端收縮、中間大，在集束管間放置催化劑；在本實施例中，束管式水床反應(yīng)器具體采用專利號為201410693545.5的設(shè)備，關(guān)于該設(shè)備具體設(shè)計可參閱該專利文獻，不再贅述。

多段式變換反應(yīng)器320采用束管式水床復(fù)合絕熱床式反應(yīng)器，具體包括兩段，分別為首段反應(yīng)段325和末段反應(yīng)段326，首段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)，在首段反應(yīng)段325上設(shè)置有首段氣體進口IB322、首段氣體出口IB323、冷媒進口B和冷媒出口B；在末段反應(yīng)段326上設(shè)置有末段氣體進口IIB324和末段氣體出口IIB328；可以理解，多段式變換反應(yīng)器320還可以選用三段式、四段式或五段式束管式水床復(fù)合絕熱床式反應(yīng)器；其中束管式水床結(jié)構(gòu)可以設(shè)置兩段或三段，但建議水床結(jié)構(gòu)只設(shè)置一段，并設(shè)置在首段反應(yīng)段。

第一汽包318設(shè)置有出水口A343、回水口A341、蒸汽出口A342和進水口A351；

第二汽包327設(shè)置有出水口B349、回水口B345、蒸汽出口B344和進水口B352；

兩個脫毒罐并聯(lián)設(shè)置，第一換熱器311的冷媒通道經(jīng)脫毒罐連通束管式水床反應(yīng)器310的氣體進口A，束管式水床反應(yīng)器310的氣體出口A依次經(jīng)第一換熱器311的熱媒通道和第 二換熱器321的冷媒通道后、連通多段式變換反應(yīng)器320的首段氣體進口IB322，多段式變換反應(yīng)器的首段氣體出口IB323經(jīng)第二換熱器321的熱媒通道后連通末段氣體進口IIB324；

第一汽包318的出水口A343連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒進口A，第一汽包的回水口A341連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒出口A，進水口A351接通軟水管網(wǎng)。

第二汽包327的出水口B349連通多段式變換反應(yīng)器320的首段反應(yīng)段325上的冷媒進口B，回水口B345連通冷媒出口B，進水口B352接通軟水管網(wǎng)。

在本實施例中，還設(shè)置有第三換熱器331和第四換熱器332，多段式變換反應(yīng)器320的末段氣體出口IIB328依次串接第三換熱器331的熱媒通道和第四換熱器332的熱媒通道后，連通氣液分離器334的進口，氣液分離器334的排氣口經(jīng)管道302連通下道工序；氣液分離器334底部的排液口經(jīng)管道303連接氣提塔336。

第三換熱器331的冷媒通道連通有除氧軟水管346；第四換熱器332的冷媒通道連通有軟水管347。