專利名稱：：一種荒煤氣放熱反應過程的進料方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種發(fā)生放熱反應的荒煤氣加工方法，基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預熱升溫后進入第一反應區(qū)與第一反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為第一反應區(qū)反應流出物，第二路原料氣與第一反應區(qū)反應流出物進入后續(xù)反應區(qū)與后續(xù)反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為最終反應流出物，該方法未見報道。因此，本發(fā)明的第一目的在于提供一種荒煤氣放熱反應過程的進料方法；本發(fā)明的第二目的在于提供一種脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的荒煤氣加工方法。
發(fā)明內(nèi)容—種荒煤氣放熱反應過程的進料方法，包括如下步驟基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預熱升溫后進入第一反應區(qū)與第一反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為第一反應區(qū)反應流出物，第二路原料氣與第一反應區(qū)反應流出物進入后續(xù)反應區(qū)與后續(xù)反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為最終反應流出物。本發(fā)明特征進一步在于第一路原料氣與最終反應流出物換熱完成預熱升溫。當荒煤氣中氧氣組分含量高需要設置專用的脫氧催化劑床層時，脫氧催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進一步在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層。當荒煤氣中氧氣組分含量很低不需要設置專用的脫氧催化劑床層時，一氧化碳變換催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進一步在于第一反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層。當荒煤氣中氧氣組分含量低而一氧化碳含量高時，可將脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層組合，本發(fā)明特征進一步在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。本發(fā)明特征進一步在于后續(xù)反應區(qū)包括第二反應區(qū)、第三反應區(qū)，第二反應區(qū)反應流出物進入第三反應區(qū)與催化劑床層接觸。本發(fā)明特征進一步在于各反應部分的操作條件為反應溫度一般為130380°C、通常為160300°C，反應壓力一般為0.33.0MPa(絕對)、通常為0.72.0MPa(絕對)。本發(fā)明特征進一步在于第二反應區(qū)反應流出物為脫氧反應產(chǎn)物，第二反應區(qū)反應流出物降低溫度的過程包含注水汽化過程。本發(fā)明特征進一步在于各反應區(qū)溫升最好不大于50°C。具體實施例方式本發(fā)明所述荒煤氣，指的是適合于制造氫氣的荒煤氣，通常是指來自煤熱解(干餾)過程或其它過程的由氫氣、一氧化碳和其它組分(比如氧氣)組成的氣體物流。由于產(chǎn)生荒煤氣的煤熱解(干餾)等過程工藝條件在一定范圍內(nèi)變化，荒煤氣的性質(zhì)也在一定范圍內(nèi)變化。本發(fā)明所述荒煤氣的氣體組成通常含有氧氣和或一氧化碳，氧氣含量一般為01.5%(體積)、通常為0.20.9%(體積)、特別地為0.30.7%(體積)，一氧化碳含量一般為725%(體積)、通常為1020%(體積)、特別地為1017%(體積)。根據(jù)荒煤氣組成、溫度、壓力條件，荒煤氣成為管道1輸送的原料氣之前，可能經(jīng)過脫除雜質(zhì)(可能存在的焦油、萘、塵)、增加水蒸汽濃度(滿足變換反應需要的水碳分子比)、壓縮升壓、升溫等步驟的某一步驟或全部步驟。本發(fā)明所述反應過程，指的是發(fā)生放熱的反應過程，包括脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的反應過程。所述反應過程通常使用催化劑，可能使用脫氧催化劑和或一氧化碳變換催化劑?；拿簹獍凑毡景l(fā)明脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換，得到的最終反應流出物通常經(jīng)冷凝冷卻脫水后用作變壓吸附提純氫氣的原料氣或化工合成原料氣或燃料氣等。以下詳細描述本發(fā)明。本發(fā)明一種荒煤氣放熱反應過程的進料方法，包括如下步驟基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預熱升溫后進入第一反應區(qū)與第一反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為第一反應區(qū)反應流出物，第二路原料氣與第一反應區(qū)反應流出物進入后續(xù)反應區(qū)與后續(xù)反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為最終反應流出物。本發(fā)明第一路原料氣通常與最終反應流出物換熱完成預熱升溫。當荒煤氣中氧氣組分含量高需要設置專用的脫氧催化劑床層時，脫氧催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進一步在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層。當荒煤氣中氧氣組分含量很低不需要設置專用的脫氧催化劑床層時，一氧化碳變換催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進一步在于第一反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層。當荒煤氣中氧氣組分含量低而一氧化碳含量高時，可將脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層合并，本發(fā)明特征進一步在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。根據(jù)需要，本發(fā)明后續(xù)反應區(qū)包括第二反應區(qū)、第三反應區(qū)等串聯(lián)操作的反應區(qū)。當荒煤氣加工過程需要先脫除氧氣然后完成一氧化碳變換時，在本發(fā)明第一反應區(qū)和第二反應區(qū)設有脫氧催化劑床層，脫氧催化劑床層總數(shù)可以是兩層或多層；同時本發(fā)明還設置第三反應區(qū)，第三反應區(qū)一氧化碳變換催化劑床層總數(shù)可以是兩層或多層。第三反應區(qū)的第一變換催化劑床層入口溫度可以采用向其進料氣中注水發(fā)生蒸汽方式降溫。本發(fā)明各反應部分的操作條件為反應溫度一般為13038(TC、通常為160300°C，反應壓力一般為0.33.0MPa(絕對)、通常為0.72.0MPa(絕對)。為了穩(wěn)定操作，本發(fā)明各反應區(qū)溫升最好不大于50°C。按照本發(fā)明，第一路原料氣升溫至反應起始溫度后進入第一反應區(qū)催化劑床層，同時第二路原料氣未經(jīng)升溫進入反應系統(tǒng)，即僅對部分原料氣進行加熱升溫至反應起始溫度。為了實施本發(fā)明，可以將原料氣分為多路，第一部分原料氣預熱升溫后進入第一反應區(qū)催化劑床層，其它部分原料氣采用直接與不同的中間反應流出物混合方式利用反應熱升溫然后進入后續(xù)催化劑床層。本發(fā)明的優(yōu)點在于①原料氣分為兩路或多路，第一部分原料氣預熱升溫后進入第一反應區(qū)催化劑床層，其它部分原料氣采用直接與中間反應流出物混合方式利用反應熱升溫然后進入催化劑床層，可以降低原料氣預熱負荷、降低壓力降、簡化流程、降低投資，特別是顯著降低降低原料氣換熱器、開工用加熱爐的規(guī)模和投資，因此本發(fā)明適合于發(fā)生放熱反應的煤氣加工過程，比如脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的煤氣加工過程；②采用多催化劑床層方案，可以降低單床層反應溫升幅度，使催化劑床層溫度分布更接近平均反應溫度，利于提高催化劑效率；③采用多催化劑床層方案，當原料中氧含量和或一氧化碳含量波動時，可以降低溫升波動絕對幅度，利于平穩(wěn)操作；④對于脫氧和一氧化碳變換制氫的煤氣加工過程，采用注水方式控制脫氧反應產(chǎn)物進入第一個一氧化碳變換催化劑床層的入口溫度，可以直接利用反應熱，增大一氧化碳變換催化劑床層必要的水碳比，利于提高變換轉(zhuǎn)化率；⑤對于需要完成一氧化碳變換制氫的煤氣加工過程，最后的床層間反應流出物的降溫過程采用熱水取熱方法，熱水循環(huán)至荒煤氣增濕部分產(chǎn)生水蒸汽，提供一氧化碳變換催化劑床層必要的水碳比。實施例一以荒煤氣A為原料氣，增壓至0.25MPa(絕對)后，采用本發(fā)明除氧，反應流出物冷凝冷卻脫水后，作燃料氣使用。61%的第二路原料氣采用直接與中間反應流出物混合方式利用反應熱升溫然后進入第二催化劑床層，有降低原料氣預熱負荷、降低壓力降、簡化流程、降低投資、優(yōu)化反應溫度分布等優(yōu)點。原料氣開工電加熱爐設計負荷532KW。如果考慮全部原料氣加熱，原料氣開工電加熱爐設計負荷1365KW。表2實施例一操作條件匯總表項目數(shù)值荒煤氣流率，標立方米/時54000原料氣流率，標立方米/時540006項目數(shù)值原料氣溫度，°c127第一路原料氣流量，占原料氣流量比例39%第一反應區(qū)(第一脫氧催化劑床層)入口溫度，°c180第一反應區(qū)反應流出物溫度，°c262第一反應區(qū)反應流出物與第一路原料氣混合后進入第二反應區(qū)第二反應區(qū)(第二脫氧催化劑床層)入口溫度，°c180第二反應區(qū)反應流出物溫度，°c250第一路原料氣升溫方式與第二脫氧催化劑床層反應流出物換熱，熱負荷0.38MMkcal/h實施例二以荒煤氣A為例，完成預期的脫氧反應和一氧化碳變換反應，生產(chǎn)變壓吸附提純氫氣原料氣。由于荒煤氣A中通常含有焦油、萘等雜質(zhì)，為了延長變換催化劑壽命、提高PSA變壓吸附提氫吸附劑效率等目的，進入變換過程的反應器之前，將其中的萘焦油、萘等雜質(zhì)脫出，脫雜質(zhì)方法是PSA變壓吸附法，再生氣使用變壓吸附提氫過程產(chǎn)生的解析氣。荒煤氣A經(jīng)第一壓縮機升壓到0.3MPa(絕對)進入分液罐完成分液，氣相進入預處理塔(兩臺)除去萘、焦油等組分，預處理后的荒煤氣經(jīng)第二壓縮機升壓(升壓到l.OMPa(絕對))后進入變換部分。預處理部分由2臺預處理塔組成，其中一臺處于吸附脫油、脫萘狀態(tài)、一臺處于再生狀態(tài)。來自第二壓縮機的荒煤氣，進入一級過濾器，除去夾帶的油污等雜物后，然后進入增濕塔底部，與循環(huán)熱水逆流接觸完成水蒸發(fā)添加適量蒸汽，然后經(jīng)二級過濾器除去夾帶的液體水、油污等雜質(zhì)后成為本發(fā)明所述原料氣。實施例二荒煤氣和原料氣組成比較表見表3，原料氣中水碳分子比約為1.7:1。實施例二操作條件匯總表見表4，設置2個脫氧催化劑床層、3個一氧化碳變換催化劑床層，一氧化碳總變換率為93%。原料氣開工電加熱爐設計負荷850KW。如果考慮全部原料氣加熱，原料氣開工電加熱爐設計負荷1808KW。表3實施例二荒煤氣和原料氣組成比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4實施例二操作條件匯總表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>項目數(shù)值第一反應區(qū)反應流出物與第一路原料氣混合后進入第二反應區(qū)第二反應區(qū)(第二脫氧催化劑床層)入口溫度，°c180第二反應區(qū)反應流出物溫度，°c236第三反應區(qū)(第一變換催化劑床層)入口溫度降溫方式注入40。C水第三反應區(qū)入口溫度，°c200第三反應區(qū)反應流出物溫度，°c240第四反應區(qū)(第二變換催化劑床層)入口降溫方式與增濕塔循環(huán)水換熱第四反應區(qū)入口溫度，°c200第四反應區(qū)反應流出物溫度，°c240第五反應區(qū)(第三變換催化劑床層)入口降溫方式與增濕塔循環(huán)水換熱第五反應區(qū)入口溫度，°c200第五反應區(qū)反應流出物溫度，°c244第一路原料氣升溫方式與最終反應流出物最高溫段換熱，熱負荷0.6腦kcal/h與增濕塔循環(huán)水換熱的其它物流1與第三變換催化劑床層反應流出物的次高溫度段換熱與增濕塔循環(huán)水換熱的其它物流2與兩次降溫后的第三變換催化劑床層反應流出物直接接觸換熱實施例三荒煤氣B，完成預期的脫氧反應和一氧化碳變換反應，產(chǎn)品氣冷凝脫水后送變壓吸9附提純氫氣過程?；拿簹釨經(jīng)過類似實施例二的步驟成為變換原料氣。實施例三荒煤氣和原料氣組成比較表見表5，原料氣中水碳分子比約為1.7:1。實施例三的操作條件匯總表見表6，一氧化碳總變換率為93%。原料氣開工電加熱爐設計負荷1061KW。如果考慮全部原料氣加熱，原料氣開工電加熱爐設計負荷2188KW。因荒煤氣中氧氣組分含量低，將脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層合并，第一反應區(qū)和第二反應區(qū)各設置一個脫氧催化劑和一氧化碳變換制氫催化劑聯(lián)合床層，第三反應區(qū)、第四反應區(qū)各設置一個一氧化碳變換制氫催化劑床層。表5實施例三荒煤氣和原料氣組成比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表6實施例三操作條件匯總表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求一種荒煤氣放熱反應過程的進料方法，包括如下步驟基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預熱升溫后進入第一反應區(qū)與第一反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為第一反應區(qū)反應流出物，第二路原料氣與第一反應區(qū)反應流出物進入后續(xù)反應區(qū)與后續(xù)反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為最終反應流出物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于第一路原料氣與最終反應流出物換熱完成D旦預熱升溫l升溫。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述方法，其特征在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于第一反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于第一反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置一氧化碳變換制氫催化劑床層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于第一反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應區(qū)設置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于后續(xù)反應區(qū)包括第二反應區(qū)、第三反應區(qū)，第二反應區(qū)反應流出物進入第三反應區(qū)與催化劑床層接觸。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于后續(xù)反應區(qū)包括第二反應區(qū)、第三反應區(qū)，第二反應區(qū)反應流出物進入第三反應區(qū)與催化劑床層接觸。11.根據(jù)權(quán)利要求l或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述方法，其特征在于各反應部分的操作條件為反應溫度為13038(TC、反應壓力為0.33.OMPa(絕對)。12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述方法，其特征在于各反應部分的操作條件為反應溫度為16030(TC、反應壓力為0.72.OMPa(絕對)。13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述方法，其特征在于第二反應區(qū)反應流出物為脫氧反應產(chǎn)物，第二反應區(qū)反應流出物降低溫度的過程包含注水汽化過程。14.根據(jù)權(quán)利要求l或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述方法，其特征在于各反應區(qū)溫升不大于5(TC。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述方法，其特征在于各反應區(qū)溫升不大于5(TC。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其特征在于各反應區(qū)溫升不大于50°C。全文摘要本發(fā)明涉及一種荒煤氣放熱反應過程的進料方法，基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預熱升溫后進入第一反應區(qū)與第一反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為第一反應區(qū)反應流出物，第二路原料氣與第一反應區(qū)反應流出物進入后續(xù)反應區(qū)與后續(xù)反應區(qū)催化劑床層接觸完成預期反應轉(zhuǎn)化為最終反應流出物。本發(fā)明有簡化流程、優(yōu)化反應溫度分布、對原料氣反應組分含量波動適應性強、反應熱利用率高等優(yōu)點，特別適合于脫除氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的荒煤氣加工過程。文檔編號C10K3/04GK101712892SQ20091020584公開日2010年5月26日申請日期2009年10月9日優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日發(fā)明者何巨堂申請人:何巨堂