專利名稱：一種變換反應(yīng)中原料氣的凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于一氧化碳變換系統(tǒng)中對原料氣進行凈化處理的工藝方法，具體地講，本發(fā)明涉及一種采用徑向反應(yīng)器作凈化反應(yīng)器的凈化處理方法。
在中國廣大的中小氮肥裝置中，由于采用具有中國特色的造氣工藝，所產(chǎn)生的半水煤氣中一般含有0.2～0.5％的氧，有的含量甚至高達0.8％。目前的變換工藝大多采用中變串低變或全低變工藝，即變換的第一段采用Fe—Cr系中變催化劑或采用鈷鉬系低變催化劑。對于Fe—Cr系中變催化劑，半水煤氣中較高的氧含量會造成變換床層較高的溫升，一般當(dāng)水煤氣中氧含量達0.5％時，可造成變換床層約50℃的溫升，氧含量達1％時可帶來約100℃的溫升。Fe—Cr系催化劑大多為打片成型，床層溫度的大幅波動或超溫，易使催化劑粉化結(jié)塊，造成催化劑活性下降，床層阻力迅速增加，生產(chǎn)維持困難。對于Co-Mo系低變催化劑，由于催化劑中含有鉀，在半水煤氣中氧的作用下易形成K2SO4，導(dǎo)致催化劑快速失活，極端的情況下7天就造成了整爐催化劑的報廢。
現(xiàn)行技術(shù)中一般是在飽和塔前加一干氣凈化器，使得半水煤氣中的氧在進入變換工段之前脫掉，或者在Co-Mo系低變催化劑床層的上面添加一層凈化劑，來凈化半水煤氣，脫掉其中的氧。CN97105846.6中即描述了一種對半水煤氣進行凈化處理的工藝，其所用的方法是半水煤氣在進入飽和塔前先進入凈化器，用凈化劑脫除其中的粉塵和羰基鐵以及部分氧和部分有機硫，從而減緩變換催化劑的失活和變換催化劑床層阻力的上升。由于該專利的凈化反應(yīng)器采用一般的軸向反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，為了減小床層阻力降，一般選用顆粒較大的凈化劑，如選用Φ3～5mm的凈化劑，因而脫氧效果不能令人滿意。
對于脫氧反應(yīng)來說，其Kp常數(shù)在1050數(shù)量級上，反應(yīng)速率的主要控制因素為內(nèi)擴散控制。減小凈化劑的粒度，會顯著提高凈化劑脫氧反應(yīng)的速率，從而提高原料氣凈化過程中氧的轉(zhuǎn)化率。但是，如果使用軸向反應(yīng)器，較小的凈化劑顆粒，會使床層壓降急劇上升，影響正常的生產(chǎn)過程。
本發(fā)明的目的就是提供一種可以提高脫氧效率、同時還能降低凈化劑阻力的凈化工藝方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的解決方案是在變換裝置的凈化段采用徑向床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，同時裝填顆粒較小的凈化劑，原料氣在進入到凈化反應(yīng)器凈化劑床層時徑向擴散，既提高了凈化劑的脫氧效率，又降低了凈化劑床層的阻力降。
具體地講，本發(fā)明是通過下述方法實現(xiàn)的原料氣體從進料口進入到內(nèi)裝小顆粒凈化劑的徑向反應(yīng)器，沿徑向反應(yīng)器的軸向氣體分布管進入到凈化劑并徑向擴散，然后從反應(yīng)器外殼及凈化劑床筐之間流向出料口，再進入下游設(shè)備。
本發(fā)明中所用的徑向反應(yīng)器主要包括軸向氣體分布管1和凈化劑床筐2。軸向氣體分布管1的作用是沿凈化反應(yīng)器的軸向方向?qū)б磻?yīng)氣體，管壁上打有小孔，小孔的形狀、分布無特別限制，只要利于氣體通過即可。凈化劑床筐2是本發(fā)明所用凈化反應(yīng)器的關(guān)鍵部件之一，它由內(nèi)外兩個圓柱壁組成，每個圓柱壁上分布有供氣體擴散用的小孔，凈化劑放置在兩個圓柱壁之間。實際上凈化劑床筐2的內(nèi)圓柱壁可以由軸向氣體分布管1的管壁充當(dāng)，若如此，則軸向氣體分布管1管壁上的小孔要保障不使凈化劑外漏。
本發(fā)明中所用的徑向反應(yīng)器還包括反應(yīng)器外殼3、進料口5以及出料口6等部件。在某些凈化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中還可以包括內(nèi)隔板4，其作用是限制氣體的流動方向，如本發(fā)明圖2所示的凈化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用中，凈化反應(yīng)器可以和變換反應(yīng)器結(jié)合在一個反應(yīng)塔內(nèi)，如本發(fā)明的圖2和圖3所示。
在本發(fā)明

圖1所示的凈化反應(yīng)器中，反應(yīng)氣體從進料口5進入徑向反應(yīng)器后，經(jīng)過軸向分布管1沿徑向方向向內(nèi)裝凈化劑的凈化劑床筐擴散，凈化處理之后的氣體從反應(yīng)器外殼3及凈化劑床筐2之間流向出料口6，然后進入下游設(shè)備。
為了提高脫氧效率，本發(fā)明凈化反應(yīng)器內(nèi)裝填顆粒較小的凈化劑，凈化劑顆粒的直徑在φ0.5mm到φ3.0mm之間，最好在φ1.0mm到φ2.0mm之間。凈化劑顆粒的減小，不但可以提高氧的脫除效率，而且還能減小凈化劑粉化的傾向。盡管實驗表明，凈化劑的顆粒越小，其脫除氧的能力越高，但在實際工業(yè)裝置上，凈化劑顆粒太小，會帶來許多問題，所以在本發(fā)明中，工業(yè)裝置中凈化劑顆粒一般不小于0.5mm。實際上，凈化劑顆粒大小在1.0～2.0mm之間，就能達到很好的脫氧效果。現(xiàn)有技術(shù)凈化反應(yīng)器中所裝的凈化劑顆粒通常要大于3.0mm，脫氧效果相對較差。
在上述方案中，原料氣體在進入徑向反應(yīng)器凈化處理前，可以是已經(jīng)提溫并添加了蒸汽，而且蒸汽可以添加至飽和程度，也可以是干的半水煤氣；徑向反應(yīng)器內(nèi)所裝的凈化劑可以為CN97105846.6或CN97121017.9中所述的凈化劑，該凈化劑可以用浸漬法或共混法制得。采用浸漬法時，浸漬液可以是含鉬、鈷、鐵、鎳、鉀、鉻、鎢、鉑中的一種或一種以上元素的溶液，被浸漬的載體可以是氧化鋁、鎂鋁尖晶石、二氧化鈦和廢催化劑，也可以是其混合物。選用廢催化劑載體時，最好選用廢的鐵鉻系變換催化劑、廢的鈷鉬系變換催化劑或廢的加氫催化劑。浸漬后烘干、焙燒，即可制得本發(fā)明所用的凈化劑。采用混合法時，取鉬、鈷、鐵、鎳、鉀、鉑、鉻、鎢、鎂、鋁、鈦中的一種或一種以上元素的氧化物、硫化物或其鹽，經(jīng)捏合、烘干、焙燒、粉碎、打片等步驟，即可制得本發(fā)明所用的凈化劑。凈化劑中，鉬、鈷、鐵、鎳、鉀、鉻、鎢、鉑等活性元素的含量一般不低于10.0％(以氧化物或硫化物計)，最好不低于17.0％。凈化劑的作用是使大部分的氧被催化轉(zhuǎn)化，從而降低變換爐的熱點溫度；同時，使全部的羰基鐵在凈化劑上發(fā)生催化熱分解，保證其不會進入變換工段，堵塞變換催化劑。
由于采用徑向反應(yīng)器，可以顯著解決床層壓降過大問題。計算表明，對于高度與直徑相同的徑向床，如果軸向氣體分布管半徑較小，并為徑向反應(yīng)器半徑的1/17，與高度與半徑比例為4的軸向流固定床反應(yīng)器相比，其壓力降可減少16倍。同時，由于采用徑向反應(yīng)器使得床層阻力大大下降，因而可以使用小顆粒的凈化劑，這就提高了原料氣中氧的轉(zhuǎn)化率。
下面結(jié)合實施例及附圖來進一步說明本發(fā)明。
圖1是無飽和塔的凈化變換工藝流程。
圖2是有飽和塔且凈化變換在一個反應(yīng)塔內(nèi)完成的工藝流程。
圖3是無飽和塔且凈化變換在一個反應(yīng)塔內(nèi)完成的工藝流程。
圖中1為軸向氣體分布管，2為凈化劑床筐，3為反應(yīng)器外殼，4為內(nèi)隔板，5為進料口，6為出料口，7為變換爐，8為換熱器，9為水加熱器，10為泵，11為飽和塔，12為熱水塔。
實施例1按圖1所示流程，除油后的2.1Mpa半水煤汽，經(jīng)換熱器8提溫補加蒸汽后，經(jīng)過徑向反應(yīng)器進料口5進入徑向反應(yīng)器，入口溫度180—250℃，反應(yīng)器中裝填專利申請CN97105846.6或CN97121017.9所述的凈化劑，凈化后的氣體進入變熱爐7，爐內(nèi)裝QCS-02低變催化劑，段間噴水降溫到180—230℃進入下段，反應(yīng)后的氣體經(jīng)換熱器8降溫后去變換氣變煮器。變換爐出口一氧化碳控制為3—7％。
實施例2按圖2所示流程，除油后的0.8Mpa半水煤氣經(jīng)飽和塔11和添加蒸汽后經(jīng)換熱器8升溫后經(jīng)徑向段進料口5進入徑向反應(yīng)器，溫度控制在280—350℃，徑向反應(yīng)器上部裝填實施1中所述的凈化劑，下部裝填Fe—Cr系中變催化劑，反應(yīng)后氣體水冷激至330—360℃，進入B117中變催化劑床層(該床層也可采用徑向流設(shè)計)，然后進入熱交換器8降溫至180—230℃，進入QCS—02低變催化劑床層，然后經(jīng)水加熱器9降溫后進入熱水塔12降溫后進入下工序，出口一氧化碳小于1.5％。熱水塔12的水經(jīng)泵10加壓后進入水加熱器9，水升溫后一部分噴入變換爐7中，一部分進入飽和塔11中。
實施例3按圖3所示流程，渣油汽化后壓力為2.3Mpa的合成氣經(jīng)換熱器8升溫后，通過徑向反應(yīng)器進料口5進入徑向反應(yīng)器，氣體溫度170—250℃，徑向反應(yīng)器內(nèi)上部裝填實施例1中所述的凈化劑，下部裝填QCS—02系列低變催化劑，反應(yīng)氣體經(jīng)噴水降溫至180—230℃，進入QCS—02催化劑床層。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱器8降溫至180—230℃，進入變換爐三段QCS—02催化劑床層，然后去高溫脫硫工段，氣體中一氧化碳控制1％左右。
實施4用便攜式氧分析儀XO—326ALA(日本產(chǎn))分析半水煤氣中氧的含量。在實驗室常壓活性評價裝置中，反應(yīng)器內(nèi)依次裝入不同顆粒大小的CN97105846.6中所述的凈化劑30ml。實驗過程中，半水煤氣的空速控制在8000h-1左右，反應(yīng)溫度控制在250℃左右，凈化處理時間約為 小時，然后再用上述氧分析儀分析凈化處理后的半水煤氣中氧的殘余含量，計算凈化劑的脫氧效率，其計算公式為脫氧效率＝(凈化處理前半水煤氣中氧含量－凈化處理后半水煤氣中氧含量)*100％/凈化處理前半水煤氣中氧含量所得的實驗結(jié)果列于下表中
從表中結(jié)果可以得知凈化劑顆粒越小，其脫氧效率越高；但在實際的工業(yè)裝置上，凈化劑顆粒太小，會帶來一系列的問題。在通常的軸向凈化反應(yīng)器中，一般選擇Φ＞3.0mm的凈化劑，而如果采用本發(fā)明的徑向凈化反應(yīng)器，凈化劑顆粒大小可以選擇在Φ0.5～3.0mm之間，這不但提高了凈化劑的脫氧效率，而且凈化床層的壓降也比常規(guī)的軸向凈化反應(yīng)器床層小。
權(quán)利要求
1.一種適用于一氧化碳變換反應(yīng)中對原料氣進行凈化處理的工藝方法，凈化處理在凈化反應(yīng)器內(nèi)完成，而且凈化反應(yīng)器在變換反應(yīng)器的上游，其特征在于凈化反應(yīng)器采用徑向反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，使得待凈化處理的原料氣在凈化反應(yīng)器內(nèi)徑向擴散。
2.權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所用的徑向凈化反應(yīng)器中包含軸向氣體分布管(1)和內(nèi)裝凈化劑的凈化劑床筐(2)。
3.權(quán)利要求2所述的工藝方法，其特征在于所用的凈化反應(yīng)器的凈化劑床筐(2)包含有內(nèi)外兩個圓柱壁，每個圓柱壁上分布有通氣的小孔，兩個圓柱壁之間裝填凈化劑。
4.權(quán)利要求3所述的工藝方法，其特征在于所述的徑向凈化反應(yīng)器內(nèi)裝有粒徑為0.5～3.0mm的小顆粒凈化劑。
5.權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征在于所述的徑向凈化反應(yīng)器內(nèi)裝有粒徑為1.0～2.0mm的小顆粒凈化劑。
6.權(quán)利要求4或5所述的工藝方法，其特征在于徑向凈化反應(yīng)器內(nèi)所裝的凈化劑中至少含有鉬、鈷、鐵、鎳、鉀、鉻、鎢、鉑中一種元素的化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于一氧化碳變換反應(yīng)中對原料氣進行凈化處理的工藝方法,凈化處理在凈化反應(yīng)器內(nèi)完成,而且凈化反應(yīng)器在變換反應(yīng)器的上游,凈化反應(yīng)器采用徑向反應(yīng)器結(jié)構(gòu),使得待凈化處理的原料氣在凈化反應(yīng)器內(nèi)徑向擴散。所用的徑向凈化反應(yīng)器中包含軸向氣體分布管(1)和凈化劑床筐(2)。徑向凈化反應(yīng)器內(nèi)所裝的凈化劑為粒徑0.5～3.0mm的小顆粒凈化劑。該工藝方法的優(yōu)點是凈化床層的脫氧效率高且床層阻力降較低。
文檔編號C10K1/00GK1328115SQ0011118
公開日2001年12月26日 申請日期2000年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者周紅軍, 吳全貴, 蔡亮, 周丕森, 楊彥偉 申請人:中國石化集團齊魯石油化工公司