[實用新型]一種高CO高變換率等溫變換反應器

有效

• 申請號: 201320508027.2
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN203411321U
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 謝定中
• 申請（專利權）人: 湖南安淳高新技術有限公司
• 主分類號: C01B3/16
• 分類號: C01B3/16
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;李發軍

技術領域

本實用新型涉及合成氨、甲醇合成、制乙二醇、煤制油、煤制天然氣、制氫及工業爐廢氣利用領域，尤其涉及一種高CO高變換率反應器及工藝流程，涉及工業爐尾氣、工業煤氣中CO（最高85%以上）與水蒸汽反應變成氫，實現高變換率（最高至98.5%以上）的變換反應器。

背景技術

煤氣、天然氣轉化氣、焦爐氣轉化氣、電石爐尾氣、高爐煤氣等，這些氣體均含有大量的CO，例如電石尾氣含有CO為80?%，煤氣中CO含量為30%～68%（隨煤氣化方法不同而有異），CO可變換為很有用的H₂，其變換的反應式為：

CO+H₂O（汽）＝CO₂+H₂+Q

變換反應為放熱可逆反應，必須有催化劑和過量的H₂O（水蒸氣）按反應式過量，才能使反應向生成H₂方向進行。

催化劑為鈷、鉬變換催化劑，其活性成分為MoS。變換催化劑的使用溫度范圍為230℃～470℃。

MoS₂+2H₂O＝MoO₂+2H₂S

由反應式可知，CO變換是放熱反應，放出的熱量會使反應氣體升溫，催化劑同步在該溫度下反應。每反應1%CO（濕基），溫升9℃～10℃（干基升高5℃～6℃）；煤氣中CO含量越高，而反應后變換氣CO含量越低，即變換CO越多，溫升越高。

例如：煤氣中CO?65%（干基），水氣比R=1.15，變換后CO8.6%（干基），按：

???????CO?+?H₂O??=??CO₂?+?H₂?+?Q

65??115?????4.3???23.7

計算反應掉一氧化碳△CO；?(65-△CO)/(100+△CO)=0.086

△CO=52

反應后反應熱：9590cal/mol，

放出熱：52×9590=498680Kcal/h，

Cp：????9.01kcal/kmol℃，

反應后物料：?215kmol/h，

498680-=215×9.01×△t，

△t=257.43

若反應前溫度245℃，則反應后溫度為：257.43+245=502.43℃；

此溫度高于催化劑使用最高溫度，會嚴重影響催化劑的活性。當未反應氣CO很高，如45%至80%，一進入反應器，大量CO立即反應，溫度猛升，特別是未反應氣自身帶有大量水蒸汽時，更促進了反應，發生所謂飛溫現象。如何控制反應過程的溫度，使之不超過催化劑允許的最高使用溫度，是一打難題；CO變換的另一個難題是高變換率，變換接近終點，即越接近平衡，推動力越小，變換難度越大。如CO變換率已達90%，（變換氣CO降至1.5%）如再多變換1%（變換氣CO降至0.5%），需要增加一終端變換爐，其催化量為總量40%。有些未反應氣自身不帶水蒸汽，如工業爐氣、半水煤氣等，最終變換率越高，加入過量蒸汽越多，汽耗越大。

目前解決上述問題的原則辦法是：采多爐多段絕熱反應。如如圖1所示，煤氣預熱到催化劑起始反應溫度，補加一定量蒸汽，達到一定氣汽比，進行第一次變換反應，CO變換一部分，氣體中CO降低到一定程度，溫度升高（不超過催化劑允許最高溫度），將反應氣冷卻，溫度降低（比催化劑允許最低溫度稍高，保證蒸汽不冷凝，催化劑活性較高）；進行第二次反應，CO又降低，溫度又升高（同前，不超過催化劑允許最高溫度），再冷卻（冷卻溫度如前原則）；再進行第三次變換反應，達到最終需要的CO含量。

如煤氣含CO68.65%，水氣比1.45、溫度211℃，經水汽分離器E-1分離出水分，經氣氣換熱器E-2加熱至296℃，并聯進入脫毒槽E-3、預變爐E-4和脫毒槽E-5、預變爐E-6，CO降至35%，溫度升至380℃，經熱交換器E-2、中壓蒸發冷凝器E-7降溫，進入第三個變換爐E-8反應，CO降至6.7%，溫度上升至434℃經噴水凈化器E-9、中壓蒸發冷凝器降溫E-10，經冷凝水加熱器E-11，進入第四個變換爐E-12反應，CO降至1%，溫升到260℃，經低壓蒸發冷凝器E-13，降溫至185℃再進入第五個變換爐E-14反應，CO降至0.4%，溫度上升至204℃，再經鍋爐給水加熱器E-15，?低壓蒸發冷凝器E-16汽水分離器E-?17離開界區。

上述現有技術存在如下幾個問題：