專利名稱：一種充分利用反應熱的高濃度co的耐硫變換裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種耐硫變換裝置，具體涉及一種充分利用反應熱的高濃度CO的耐硫變換裝置。
背景技術：
煤氣化所產生的工藝煤氣中，以Shell、GSP、東方爐、航天爐、BGL等為代表的粉煤氣化工藝所產生的工藝氣中CO的干基(扣除所含水分后的組成)組成大致為60% 75%。CO高達60%以上進入變換反應器，同樣變換反應條件下，反應床層下部的反應溫度一般會接近500°C，甚至超過530°C，這樣就對反應器的材質提出了特殊的要求，增加了反應器的造價，也增大了裝置操作的不安全性。目前解決高濃度CO變換超溫的方法一種是采用高水氣比降低床層溫度，如把水氣比(水與其它氣體組分的摩爾比)提高到1. 8左右可以把床層下部的溫度降至460°C以下；另一種是在主變換反應器之前增加一個預反應器，預變換反應產物經噴水降溫或者換熱降溫后再進入主變換反應器，也需要額外增加設備；還有一種方法是第一變換反應器采用很低的水氣比如0. 2 0. 4，來限制CO的轉化率，但隨著反應的進行水氣比越來越低，在高溫、低水氣比下存在發(fā)生甲烷化反應的危險；而且目前粉煤氣化基本上采用激冷流程，水氣比為0. 8^1. 2，如果采用水氣比為0. 2^0. 4的低水氣比變換工藝，需要先把水氣比降下來，進入后續(xù)變換之前再補加水或蒸汽。由以上可見，對于高濃度CO的變換系統(tǒng)，解決過熱超溫問題以及充分利用反應放出的熱量，是降低操作費用、保證裝置長周期穩(wěn)定運行的關鍵。

實用新型內容本實用新型的目的 是提供一種使變換反應所產生的熱量得到充分利用的高濃度CO耐硫變換裝置；既無須設置預反應器，節(jié)約設備投資；避免發(fā)生甲烷化反應的危險；又能夠有效防止變換反應器床層溫度過高；不僅不消耗蒸汽，還可以外供中壓蒸汽。本實用新型所述的充分利用反應熱的高濃度CO耐硫變換裝置，包括依次串聯(lián)的兩級變換反應器，一級變換反應器的催化劑床層分為上下兩段，下段催化劑床層出口與二級變換反應器進口的管路上設置中壓蒸汽發(fā)生器，中壓蒸汽發(fā)生器通過管路分別與上下兩段催化劑床層之間和蒸汽管網相連。所述的下段催化劑床層出口與中壓蒸汽發(fā)生器之間的管路上設置氣氣換熱器，氣氣換熱器與一級變換反應器的上段催化劑床層入口通過管路相連。所述的二級變換反應器出口的管路上設置氣氣換熱器，氣氣換熱器與一級變換反應器的上段催化劑床層入口通過管路相連。粉煤氣化工藝所產生的工藝氣的主要成分為C0、H2、C02和水，另外還有少量的N2、&5、0^、014等，其中CO的干基組成大致為60% 75%，水氣比0. 15 1. 3，如=Shell氣化后接廢熱鍋爐水氣比為0. 2左右，其它粉煤氣化如果采用激冷工藝水氣比為0. 8^1. 2。進入變換單元的氣體壓力一般為3. 5^6. 5MPa。變換反應(C0+H20 — C02+H2)是放熱反應，隨著反應的進行，催化劑床層溫度逐漸升高。水是反應物，水氣比大，有利于提高變換反應的轉化率；同時由于水的比熱比較大，因此水也是熱的載體，水氣比大有利于降低催化劑床層溫度。水氣比還對工藝氣體進入催化劑床層的溫度有影響，為防止液體水進入催化劑床層，一般要求入口溫度比露點溫度高200C以上；水氣比越高，露點溫度越高，相應要求床層入口溫度越高。粉煤氣化CO的干基組成一般在60%以上，水氣比無論是0. 2左右，還是0. 8^1. 2，一級變換反應器的床層熱點溫度都在400°C以上，因此一級變換出口氣體可以作為產生
4.0MPa、250°C左右的中壓蒸汽的熱源，所產生的中壓蒸汽可以引入變換反應器，提高變換反應的水氣比。同時一級變換出口氣體經中壓蒸汽發(fā)生器(中壓廢熱鍋爐)后溫度得以降低，有助于降低二級變換反應器入口溫度。本實用新型將一級變換反應器的催化劑床層分為上下兩段；把利用反應熱產生的中壓蒸汽引入到上下段催化劑床層之間，從而達到以下效果增加下段催化劑床層的水氣t匕，水氣比增大，有利 于提高變換反應的轉化率；所加入中壓蒸汽的溫度低于工藝氣的溫度，降低了催化劑床層溫度，防止了超溫現象；中壓蒸汽引入到上下段催化劑床層之間，不改變上段催化劑床層入口的水氣比，對工藝氣體進入催化劑床層的溫度沒有影響；避免了甲烷化等副反應的發(fā)生，低水氣比、高溫條件下C0、C02都能和H2發(fā)生強放熱的甲烷化反應，而且一旦誘發(fā)，床層溫度可能達到上千度，尤其是當進入變換單元的工藝氣水氣比比較低時，把中壓蒸汽引入到上下段催化劑床層之間，在具備誘發(fā)甲烷化反應的條件之前，提高水氣比、降低床層溫度，保證裝置的安全穩(wěn)定運行。根據后續(xù)處理工藝的要求以及不同目標產品，所述變換反應可能需要一級或多級。如生產羰基合成氣(制甲醇、乙二醇、費托合成油等的原料)、甲烷等，只需要部分CO進行變換反應，經過一級、最多兩級變換就可以滿足要求；以生產氫氣為目的時，需要CO盡可能轉化完全，需要經過三級、甚至四級變換反應。根據后續(xù)處理工藝的要求以及不同目標產品，一級變換產生的高溫氣體經過中壓蒸汽發(fā)生器所產生的中壓蒸汽的利用方式可以有多種選擇。如以生產氫氣為目的時，需要CO盡可能轉化完全，這時中壓蒸汽可以全部進入一級變換反應器的上下段之間，以盡可能提高一級變換反應下段以及二級、三級變換反應的水氣比，提高反應的推動力，減少催化劑用量。生產羰基合成氣(制甲醇、乙二醇、費托合成油等的原料)、甲烷等，只需要部分CO進行變換反應，原料工藝氣中的水已經基本可以滿足變換反應的需要，中壓蒸汽發(fā)生器所產生的中壓蒸汽可以部分進入一級變換反應器的上下段之間，起到控制下段催化劑床層溫度的作用，其余送入蒸汽管網，供其它裝置使用；當原料工藝氣中的水已經可以滿足變換反應的需要時，正常操作情況下，中壓蒸汽可以全部送入蒸汽管網，只有當出現操作負荷低等非正常工況，需要降低床層溫度時，把所產生的部分或全部中壓蒸汽引入一級變換反應器的上下段之間，起到控制下段催化劑床層溫度的作用。從氣化單元來的工藝氣，在進入變換反應器之前，優(yōu)先選擇先經過裝有脫毒劑、吸附劑的容器，脫除工藝氣中的灰分等雜質，對變換反應器中的催化劑起到保護作用。從氣化單元來的工藝氣，在進入裝有脫毒劑、吸附劑的容器之前，優(yōu)先選擇先進行換熱升溫，使得工藝氣的溫度在其露點20°C以上；換熱升溫的熱源為一級變換氣或者二級變換氣，即一級變換反應器的出口氣體或二級變換反應器的出口氣體。經過換熱升溫、凈化后的原料煤氣，首先進入一級變換反應器的上段催化劑床層進行變換反應，水/氣比0. 15 1. 4、干氣空速20001200( '入口溫度19(T300°C。首選不調整從氣化單元來的工藝氣的水氣比，如=Shell氣化后接廢熱鍋爐水氣比為0. 2左右，其它粉煤氣化如果采用激冷工藝水氣比為0. 8^1. 2 ;如果目標產品(合成甲醇等)不需要高的水氣比，也可以把從氣化單元來的工藝氣先經過廢熱鍋爐，適當降低水氣比。入口溫度為相應壓力、水氣比狀態(tài)下工藝氣露點20°C以上。一級變換反應器上段催化劑床層出口氣體與加入的水蒸汽在上下段催化劑床層之間混合后進入一級變換反應器下段催化劑床層；下段催化劑床層入口的工藝條件水/氣比0. 2 0. 8、干氣空速2000 12000h \入口溫度260 400°C。所述上段催化劑床層催化劑裝填量占一級變換反應器催化劑總裝填量的2(T80%，優(yōu)選35 65%。中壓蒸汽發(fā)生器的熱源直接來自一級變換反應器下段催化劑床層出口氣體。下段催化劑床層出口氣體進入中壓蒸汽發(fā)生器，所產生的中壓蒸汽可以直接引入到上下段催化劑床層之間；也可以并入廠區(qū)的中壓蒸汽管網，再從管網引入到上下段催化劑床層之間。目前粉煤氣化所產生工藝氣的壓力低于4. OMPa，可以控制中壓蒸汽發(fā)生器的壓力為4. OMPa左右，所產生中壓蒸汽的溫度為250°C左右。與現有技術相比，本實用新型有如下積極效果本實用新型無須設置預反應器，能避免發(fā)生甲烷化反應的危險，有效防止變換反應器床層溫度過高；本實用新型既降溫又提高了水氣比，減少了系統(tǒng)的熱負荷，節(jié)省了蒸汽消耗，CO轉化率高；本實用新型充分利用了反應器內變換反應所產生的熱量，不僅不消耗蒸汽，還可以外供中壓蒸汽；本實用新型對不同煤種以及氣化工藝的適應性強；操作靈活方便，提高了設備的生產能力。

圖1是本實用新型實施例1結構示意圖。圖2是本實用新型實施例2結構示意圖。其中1、氣氣換熱器；2、一級變換反應器；3、中壓蒸汽發(fā)生器；4、二級變換反應器。
具體實施方式
以下結合實施例和附圖對本實用新型做進一步描述。實施例1的催化劑采用本公司市售的QCS-Ol牌號Mg-Al-Ti三元載體Co-Mo催化齊U，實施例2采用本公司QCS-03牌號催化劑。實施例1 :如圖1所示 第一級變換反應器2的催化劑床層分為上下兩段，下段催化劑床層出口與第二級變換反應器4進口的管路上設置中壓蒸汽發(fā)生器3，中壓蒸汽發(fā)生器3通過管路分別與上下兩段催化劑床層之間和蒸汽管網相連。下段催化劑床層出口與中壓蒸汽發(fā)生器3之間的管路上設置氣氣換熱器1，氣氣換熱器I與上段催化劑床層入口通過管路相連。[0029]從氣化單元來的工藝氣，與一級變換反應器2出口氣體在氣氣換熱器I中進行換熱升溫，經過脫毒脫除工藝氣中的灰分等雜質，進入一級變換反應器2的上段催化劑床層進行變換反應；一級變換反應器2上段催化劑床層出口氣體與必要時加入的水蒸汽在上下段催化劑床層之間混合后進入一級變換反應器2下段催化劑床層；一級變換反應器2出口氣體經過氣氣換熱器I后，進入中壓蒸汽發(fā)生器3，所產生的中壓蒸汽必要時部分或全部進入一級變換反應器2上下段催化劑床層之間，剩余部分送入管網；經過中壓蒸汽發(fā)生器3的變換氣，可以直接進入二級變換反應器4，也可以經過溫度、水氣比調整后進入二級變換反應器4 ;根據需要，可以設三級、四級變換反應器。某裝置采用GSP氣化工藝，產生工藝氣流量為131197Nm3/h，壓力3. 75MPa，水氣比為 0. 9，原料氣組分C0 71. 2%, CO2 4. 77%, H2 :23. 18%,H2S+C0S :0. 25%。要求系統(tǒng)出口氣體用于合成甲醇。 原料工藝氣分為變換部分與未變換部分，其中變換部分占66%，未變換原料氣與變換后工藝氣混合后作為甲醇合成原料氣。需要進行變換反應的工藝氣采用附圖1所示變換工藝，一級變換反應器2上段催化劑裝填9m3，下段催化劑裝填9m3，上段催化劑床層催化劑裝填量占一級變換反應器2催化劑總裝填量的50% ;所述原料氣進入上段催化劑床層入口溫度為250°C。上段催化劑床層出口、下段催化劑床層入口、下段催化劑床層出口的流量、干基含量組成、加入飽和蒸汽(溫度為250°C)量見表I。中壓蒸汽發(fā)生器3所產生的蒸汽量為12.6t/h，其中30%進入一級變換反應器2上下段之間。表I實施例1操作參數表
權利要求1.一種充分利用反應熱的高濃度CO耐硫變換裝置，包括依次串聯(lián)的變換反應器，其特征在于一級變換反應器的催化劑床層分為上下兩段，下段催化劑床層出口與二級變換反應器進口的管路上設置中壓蒸汽發(fā)生器，中壓蒸汽發(fā)生器通過管路分別與上下兩段催化劑床層之間和蒸汽管網相連。
2.根據權利要求1所述的充分利用反應熱的高濃度CO耐硫變換裝置，其特征在于所述的下段催化劑床層出口與中壓蒸汽發(fā)生器之間的管路上設置氣氣換熱器，氣氣換熱器與一級變換反應器的上段催化劑床層入口通過管路相連。
3.根據權利要求1所述的充分利用反應熱的高濃度CO耐硫變換裝置，其特征在于所述的二級變換反應器出口的管路上設置氣氣換熱器，氣氣換熱器與一級變換反應器的上段催化劑床層入口通過管路相連。
專利摘要本實用新型涉及一種耐硫變換裝置，具體涉及一種充分利用反應熱的高濃度CO的耐硫變換裝置。所述的耐硫變換裝置，包括依次串聯(lián)的兩級變換反應器，一級變換反應器的催化劑床層分為上下兩段，下段催化劑床層出口與二級變換反應器進口的管路上設置中壓蒸汽發(fā)生器，中壓蒸汽發(fā)生器通過管路分別與上下兩段催化劑床層之間和蒸汽管網相連。本實用新型無須設置預反應器，能避免發(fā)生甲烷化反應的危險；既降溫又提高了水氣比，減少了系統(tǒng)的熱負荷，CO轉化率高；充分利用了反應器內變換反應所產生的熱量，不僅不消耗蒸汽，還可以外供中壓蒸汽；對不同煤種以及氣化工藝的適應性強；操作靈活方便，提高了設備的生產能力。
文檔編號C01B3/16GK202898012SQ20122059418
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權日2012年11月12日
發(fā)明者高步良, 程玉春, 鄧建利, 李海洋, 王龍江 申請人:山東齊魯科力化工研究院有限公司