[發明專利]束管式水床移熱復合型CO變換裝置及變換工藝

有效

• 申請號: 201610700234.6
• 申請日: 2016-08-19
• 公開（公告）號: CN106115700B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 盧健;王雪林;王智
• 申請（專利權）人: 南京聚拓化工科技有限公司
• 主分類號: C01B32/50
• 分類號: C01B32/50;C01B3/16
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司32112
• 代理人: 崔立青

技術領域：

本發明涉及一種CO變換反應裝置及工藝，尤其涉及到煤化工等領域對原料氣進行CO變換，生產CO₂和H₂的基本工藝，具體涉及束管式水床移熱復合型CO變換裝置及變換工藝。

背景技術：

煤化工、天然氣化工、煤層氣化工、沼氣化工等涉及到要制取H₂氣或CO₂等氣體的工業中，均涉及到原料氣中CO的變換轉化，尤其目前大力推廣的環保型粉煤氣化爐、水煤漿氣化爐等此類加壓的、高濃度的CO原料氣體，它們在目前節能性能較好的催化劑(Co-Mo系、Cu-Zn系等)作用下，在適宜的反應條件下，使CO和H₂O反應生成CO₂和H₂，并放出熱量，其反應方程式為：CO+H₂O＝CO₂+H₂+Q_放。由于目前采用了純氧制氣的水煤漿或粉煤氣化方式，原料氣中的CO含量很高，達到45％～65％，目前傳統的絕熱變換由于受“反應溫升”限制，為防止“飛溫”，則采用多床層串聯式變換爐，往往一個變換工序有至少四臺變換爐，當CO含量高時，達到四臺以上的變換反應器，由于原料氣中的CO含量很高，產生的“溫升”較高。

為了解決上述問題，申請號為2012101857319的專利申請提供了一種副產高品位蒸汽節能深度轉化的水移熱變換工藝，在該變換工藝中，采用兩級變換爐工藝，兩級變換爐均為水移熱變換爐，利用水移熱換熱爐內部的水管將反應熱移出，分別副產2.56-9.0MPa和0.5-2.5MPa的飽和蒸汽，使得變換爐的出口溫度變的易于控制，在該申請所述的技術方案中，為了獲得較高品質的蒸汽及提高CO的反應效率，在第一級變換爐中，反應溫度的上限設置控制在400℃，由于反應溫度達到330℃時，開始有甲烷產生，較高的反應溫度可以得到較高的CO反應效率，但卻使得變換氣的成分變的復雜，增加了后續處理的難度和費用。

在上述申請中，第二級變換爐采用了一段式的反應爐，一段式的反應爐的爐體的結構相對簡單。經過一級變換爐后，原料氣中的大部分CO已完成轉化，二級變換爐實際的作用是提高CO的轉化率，以提高原料氣的利用效率，由于在二級變換爐中變換氣中CO的濃度已非常低，一段式的變換爐如果要使CO的轉換率較高，就要使變換爐具有較大的長度，以延長變換氣在二級變換爐中的停留時間，這不但需要制作體積較大的反應爐，也增加了生產的控制難度，不利于整個生產的平穩進行。

發明內容：

因此有必要提供一種技術方案，在保持CO轉換效率的基礎上，盡可能避免甲烷化反應的產生，以及合理地利用反應過程中產生的熱能。

為了達到上述目標，本申請提供的第一方案是束管式水床移熱復合型CO變換裝置，包括束管式水床反應器、多段式變換反應器、第一汽包、第一換熱器、第二換熱器和脫毒罐；

束管式水床反應器的頂部設置有氣體進口A和冷媒出口A，在底部設置有氣體出口A和冷媒進口A，在該束管式水床反應器中設置有用于移出反應熱的水冷集束管組合件，水冷集束管組合件的上端通過上封頭與冷媒出口A連通，水冷集束管組合件的下端通過下封頭與冷媒進口A連通；水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個用于放置催化劑的空腔，空腔的上下兩端收縮、中間大，在集束管間放置催化劑；

多段式變換反應器至少包括首段反應段和末段反應段，在首段反應段上設置有首段氣體進口IB和首段氣體出口IB，在末段反應段上設置有末段氣體進口IIB和末段氣體出口IIB；

第一汽包設置有出水口A、回水口A、蒸汽出口A和進水口A；

第一換熱器的冷媒通道經脫毒罐連通束管式水床反應器的氣體進口A，束管式水床反應器的氣體出口A依次經第一換熱器的熱媒通道和第二換熱器的冷媒通道后、連通多段式變換反應器的首段氣體進口IB，多段式變換反應器的首段氣體出口IB經第二換熱器的熱媒通道后連通末段氣體進口IIB；

第一汽包的出水口A連通束管式水床反應器的冷媒進口A，第一汽包的回水口A連通束管式水床反應器的冷媒出口A。

本發明束管式水床移熱復合型CO變換裝置中，設計了兩級變換反應器，其中第一級變換反應器采用目前技術較為先進且成熟的束管式水床反應器，束管式水床反應器內的反應熱通過第一汽包進行回收，用于生產蒸汽或作為其它熱源。