[發明專利]一氧化碳變換工藝

有效

• 申請號: 201410345917.5
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104150439A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 張宗飛;唐鳳金;湯連英;李繁榮;徐建民
• 申請（專利權）人: 中國五環工程有限公司
• 主分類號: C01B3/12
• 分類號: C01B3/12
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 涂潔

技術領域

本發明涉及一種化工行業的變換工藝，具體涉及一種一氧化碳變換工藝。

背景技術

采用變換反應調整煤氣中CO與H₂的比例，從而制取化工產品如甲醇、合成氨、天然氣等是煤化工中一個重要的途徑。以合成氨為例，合成氨生產需要的原料氣是氫氣和氮氣，而粗煤氣一般含有較大量的CO，高者可達70％以上，需要將其與水反應轉化成CO₂與H₂。一氧化碳變換是粗煤氣借助于催化劑的作用，在一定溫度下，在變換反應器中與水蒸汽反應，生成二氧化碳和氫氣的工藝過程。

變換反應屬強放熱反應，且是一個熱力學控制的過程，工業上變換裝置多采用絕熱固定床反應器，這種反應流程一般配置多段反應器和多臺換熱設備，工藝路線長，系統阻力大，工程投資大，運行能耗高、低品位熱能多但卻不能有效利用，系統能耗高，反應器易飛溫、催化劑容易高溫失活等問題。

發明內容

本發明目的是為了解決上述技術問題，提供一種工藝簡單、控制可靠、設備投資低、運行成本低、節能降耗、獲得高品位蒸汽的一氧化碳變換工藝。

本發明工藝中，粗煤氣經煤氣分離器氣液分離后送煤氣過濾器過濾，然后送入蒸汽混合器中與中壓蒸汽混合，混合氣送入煤氣預熱氣與出等溫反應器的反應氣換熱升溫，升溫后的混合氣送入等溫反應器進行反應，使原料氣的反應轉化率達90％以上，反應后的反應氣送入所述煤氣預熱器與混合氣換熱降溫后再送入低溫絕熱反應器進一步充分反應得到變換氣。

所述混合氣經煤氣預熱器換熱后升溫至300-340℃；所述反應氣經煤氣預熱器換熱降溫至230-270℃后再送入低溫絕熱反應器，出低溫絕熱反應器后原料氣的反應轉化率達99.5％以上。

所述等溫反應器包括殼體，所述殼體內的上段和下段分別設有上室布水器和下室布水器，所述上室布水器與下室布器之間經均勻布置的多根換熱管連接，所述上室布水器與殼體頂部的水汽出口管連通，下室布水器與殼體底部的鍋爐給水管連接，所述殼體頂部設有原料氣進口、底部設有反應氣出口管，所述殼體的中段填充有催化劑床層，反應室中心管位于殼體中段中心線位置且與反應氣出口管連通；所述粗煤氣由原料氣進口進入殼體內，在穿過催化劑床層時與催化劑發生反應，反應后的氣體經反應室中心管由反應氣出口管排出；所述鍋爐給水由鍋爐給水進口進入下室布水器，由下室布水器進入換熱管與管外的催化劑床層間接換熱，換熱后的水汽經上室布水器由水汽出口引出。

所述反應室中心管上均勻開有多個小孔，小孔孔徑為0.1mm～20mm。

所述上室布水器位于上室支撐板內，所述上室支撐板距離殼體壁面具有環隙，所述混合氣經環隙向下流入催化劑床層。

所述下室布水器位于下室支撐板內。

所述殼體上的水汽出口管均勻布置有2根，所述鍋爐給水管均勻布置有2根。

所述水汽出口管與汽包的蒸汽管道連接，所述鍋爐給水管與汽包的鍋爐給水管道連接，所述鍋爐給水經汽包送入等溫反應器的鍋爐給水管內，蒸汽由水汽出口管引出經汽包的蒸汽管道外送。

發明人改變了過去一氧化碳變換工藝采用多段絕熱反應器及多臺換熱器串聯的流程，改用一臺恒溫的等溫反應器，同時為提高粗煤氣的轉化率，僅串聯了一臺低溫絕熱反應器，并對等溫反應器的結構也進行了改進，主要表現在以下方面。

首先，發明人設置等溫反應器串聯低溫絕熱反應器來使粗煤氣進行充分變換反應。通過設置等溫反應器維持系統恒溫在320～340℃，便于控制系統溫度，有效防止系統升溫，避免催化劑高溫失活；設置串聯的絕熱反應器，保持系統低溫控制在250～270℃，利用低溫下絕熱反應器內充分反應的原理，使系統內粗煤氣充分反應，提高原料氣轉化率。

其次，發明人對等溫反應器進行改進，通過向換熱管內通入鍋爐給水，可對等溫反應器內的催化劑床層高效換熱，移除變換反應熱量，保證等溫反應器內溫度恒定，避免催化劑高溫失活，同時副產高品位蒸汽，改變傳統絕熱多段變換反應流程，優化工藝流程，減少反應器及換熱器的數量，節省裝置投資，便于操作管理；通過設置下室布水器，使鍋爐給水能均勻的進入每根換熱管中，保證催化劑床層溫度均勻，避免床層溫度不均導致的催化劑失活，提高催化劑的使用壽命。