一種高co高變換率等溫變換反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器及其工藝。所述等溫變換反應(yīng)器包括外殼、內(nèi)腔、焊有水管的上管板和下管板，底部三通；所述外殼的上下兩端均具有封頭，所述內(nèi)腔上部設(shè)有水室和汽室；所述內(nèi)腔中部設(shè)有上催化劑床，該內(nèi)腔下部設(shè)有下催化劑床，上催化劑床布有水管，下催化劑床無(wú)水管，所述內(nèi)腔設(shè)有中心管，該中心管的上部位于上催化劑床內(nèi)，該中心管的下部位于下催化劑床內(nèi)；所述底部三通具有未反應(yīng)氣入口、變換氣出口和汽水混合物入口；所述中心管內(nèi)套裝有汽水混合物噴管，所述反應(yīng)器配置不同CO%未反應(yīng)氣及變換氣中不同CO%不同的工藝流程，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)低溫、高CO、高變換率，且系統(tǒng)阻力小。
【專利說(shuō)明】一種高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成氨、甲醇合成、制乙二醇、煤制油、煤制天然氣、制氫及工業(yè)爐廢氣利用領(lǐng)域，尤其涉及一種高CO高變換率反應(yīng)器及工藝流程，涉及工業(yè)爐尾氣、工業(yè)煤氣中CO (最高85%以上)與水蒸汽反應(yīng)變成氫，實(shí)現(xiàn)高變換率(最高至98.5%以上)的變換反應(yīng)器和工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣、天然氣轉(zhuǎn)化氣、焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)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(yīng)式為:
CCHH2O (汽)=C02+H2+Q
變換反應(yīng)為放熱可逆反應(yīng)，必須有催化劑和過(guò)量的H2O (水蒸氣)按反應(yīng)式過(guò)量，才能使反應(yīng)向生成H2方向進(jìn)行。
[0003]催化劑為鈷、鑰變換催化劑，其活性成分為MoS。變換催化劑的使用溫度范圍為230O?470O。
[0004]MoS2+2H20 = Mo02+2H2S
由反應(yīng)式可知，CO變換是放熱反應(yīng)，放出的熱量會(huì)使反應(yīng)氣體升溫，催化劑同步在該溫度下反應(yīng)。每反應(yīng)1%C0 (濕基)，溫升9°C?10°C (干基升高5°C?6°C);煤氣中CO含量越高，而反應(yīng)后變換氣CO含量越低.，即變換CO越多，溫升越高。
[0005]例如:煤氣中CO 65% (干基)，水氣比R=L 15，變換后C08.6% (干基)，按:
CO + H2O = CO2 + H2 + Q
65 115 4.3 23.7
計(jì)算反應(yīng)掉一氧化碳Λ CO ； (65- Δ CO) / (100+ Δ CO) =0.086Δ C0=52
反應(yīng)后反應(yīng)熱:9590cal/mol,
放出熱:52X9590=498680Kcal/h，
Cp: 9.01kcal/kmol°C,
反應(yīng)后物料:215kmol/h，
498680-=215 X 9.0lX At，
Δ t=257.43
若反應(yīng)前溫度245°C，則反應(yīng)后溫度為:257.43+245=502.43°C ；
此溫度高于催化劑使用最高溫度，會(huì)嚴(yán)重影響催化劑的活性。當(dāng)未反應(yīng)氣CO很高，如45%至80%，一進(jìn)入反應(yīng)器，大量CO立即反應(yīng)，溫度猛升，特別是未反應(yīng)氣自身帶有大量水蒸汽時(shí)，更促進(jìn)了反應(yīng)，發(fā)生所謂飛溫現(xiàn)象。如何控制反應(yīng)過(guò)程的溫度，使之不超過(guò)催化劑允許的最高使用溫度，是一打難題；co變換的另一個(gè)難題是高變換率，變換接近終點(diǎn)，即越接近平衡，推動(dòng)力越小，變換難度越大。如CO變換率已達(dá)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(yīng)氣自身不帶水蒸汽，如工業(yè)爐氣、半水煤氣等，最終變換率越高，加入過(guò)量蒸汽越多，汽耗越大。
[0006]目前解決上述問(wèn)題的原則辦法是:采多爐多段絕熱反應(yīng)。如如圖1所示，煤氣預(yù)熱到催化劑起始反應(yīng)溫度，補(bǔ)加一定量蒸汽，達(dá)到一定氣汽比，進(jìn)行第一次變換反應(yīng)，CO變換一部分，氣體中CO降低到一定程度，溫度升高(不超過(guò)催化劑允許最高溫度)，將反應(yīng)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(jìn)行第二次反應(yīng)，CO又降低，溫度又升高(同前，不超過(guò)催化劑允許最高溫度)，再冷卻(冷卻溫度如前原則)；再進(jìn)行第三次變換反應(yīng)，達(dá)到最終需要的CO含量。
[0007]如煤氣含C068.65%，水氣比1.45、溫度211°C，經(jīng)水汽分離器E_1分離出水分，經(jīng)氣氣換熱器E-2加熱至296 °C，并聯(lián)進(jìn)入脫毒槽E-3、預(yù)變爐E-4和脫毒槽E-5、預(yù)變爐E-6，CO降至35%，溫度升至380°C，經(jīng)熱交換器E-2、中壓蒸發(fā)冷凝器E-7降溫，進(jìn)入第三個(gè)變換爐E-8反應(yīng)，CO降至6.7%，溫度上升至434°C經(jīng)噴水凈化器E-9、中壓蒸發(fā)冷凝器降溫E-10，經(jīng)冷凝水加熱器E-1l，進(jìn)入第四個(gè)變換爐E-12反應(yīng)，CO降至1%，溫升到260°C，經(jīng)低壓蒸發(fā)冷凝器E-13，降溫至185°C再進(jìn)入第五個(gè)變換爐E-14反應(yīng)，CO降至0.4%，溫度上升至204°C，再經(jīng)鍋爐給水加熱器E-15，低壓蒸發(fā)冷凝器E-16汽水分離器E- 17離開(kāi)界區(qū)。
[0008]上述現(xiàn)有技術(shù)存在如下幾個(gè)問(wèn)題:
1，含C068.65%煤氣，變換氣用于制氨或制氫，其變換氣CO降至?0.4%變換率要求很高，99%以上需四段五個(gè)變換爐，需變換反應(yīng)器太多，其間有一個(gè)氣氣換熱器，6個(gè)冷卻冷凝器，一個(gè)噴水降溫器；至少需要17臺(tái)主要設(shè)備，由此設(shè)備太多，連接管道太多；占地面積大，投資多，操作難度大；
2，如果未變換氣體中CO高達(dá)70%?86%，設(shè)備更多，連接管道更長(zhǎng)，即使用四至五段絕熱變換也無(wú)法實(shí)現(xiàn)變換；
3，總量85%的CO在380°C?430°C下反應(yīng)掉，高溫使反應(yīng)催化劑易老化，影響使用壽命，高溫反應(yīng)設(shè)備管道受熱應(yīng)力大，材質(zhì)要求高；
4，大部分催化劑溫度達(dá)400°C，高溫反應(yīng)不利于化學(xué)平衡，達(dá)到同樣變換率需要催化劑
多；
5，反應(yīng)熱蒸汽冷凝熱用于產(chǎn)生低壓(如0.6MPa?2.5MPa)蒸汽，且還有大量冷凝水排出，利用率低；
6，其中E-9采用冷水直接向反應(yīng)熱氣噴淋汽化降溫，帶水霧的濕氣體可能使催化劑結(jié)塊或粉化，影響活性，縮短使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有的聞CO反應(yīng)器存在的上述不足，本發(fā)明旨在提供一種聞CO聞變換率等溫變換反應(yīng)器，該反應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)CO的高變換率，且系統(tǒng)阻力小。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，包括具有內(nèi)腔的外`殼，位于外殼內(nèi)腔上部的上管板和下管板，位于外殼內(nèi)腔底部的三通；所述外殼的上下兩端均具有封頭，該外殼的上封頭與所述上管板之間的腔體為水室，上管板與下管板之間的腔體為汽室；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述水室通過(guò)水管與設(shè)在外殼上方的汽包連通，該汽包通過(guò)管道與所述汽室連通；所述外殼內(nèi)腔中部設(shè)有上催化劑床，該外殼內(nèi)腔下部設(shè)有下催化劑床，所述上催化劑床與殼體內(nèi)壁之間具有環(huán)隙，所述上催化劑床與下催化劑床之間設(shè)有支承封頭，所述外殼內(nèi)腔設(shè)有中心管，該中心管的上部位于上催化劑床內(nèi)，該中心管的下部位于下催化劑床內(nèi)；所述底部三通具有未反應(yīng)氣入口、變換氣出口和汽水混合物入口 ；所述上催化劑床通過(guò)環(huán)隙與所述未反應(yīng)氣入口連通，所述下催化劑床與所述變換氣出口連通；所述中心管內(nèi)裝有汽水混合物噴管，該汽水混合物噴管與所述汽水混合物入口連通。
[0011]以下為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案:
進(jìn)一步地，為了對(duì)催化劑床進(jìn)行溫度控制，所述上催化劑床內(nèi)設(shè)有多根豎向布置的水汽管。
[0012]所述水汽管有兩種:雙套水汽管，U形水汽管。所述水汽管中的一部分水汽管為雙套水汽管，該雙套水汽管包括內(nèi)管和通過(guò)支撐套裝在內(nèi)管上的外管；底部封閉的所述外管的底端裝有彈性元件，所述內(nèi)管的底部與所述外管底部連通，該內(nèi)管的上端伸出所述外管并與所述水室連通，該外管的上端與所述汽室連通。所述水汽管中的一部分水汽管為U形水汽管，該U形水汽管的左右兩邊管不等長(zhǎng)，該U形水汽管的長(zhǎng)邊管與所述水室連通，該U形水汽管的短邊管與所述汽室連通。
[0013]更進(jìn)一步地,與所述水室連通的水汽管為雙套水汽管,該雙套水汽管包括內(nèi)管和通過(guò)支承套裝在內(nèi)管上的外管；底部封閉的所述外管的底端裝有彈性元件，所述內(nèi)管的底部與所述外管底部連通。
[0014]為了便于實(shí)現(xiàn)催化劑的更換，所述上催化劑床頂部設(shè)有裝料管，該上催化劑床的底部設(shè)有上卸料管；所述下催化劑床通過(guò)連通環(huán)孔與所述上催化劑床連通，該下催化劑床的底部設(shè)有下卸料管。
[0015]進(jìn)一步地，所述上催化劑床的裝填量占總裝填量的48%_60% ;所述下催化劑床的裝填量占總裝填量的40%-52%.。
[0016]作為一種具體的優(yōu)選實(shí)例，所述支撐的外形呈B形，所述彈性元件為彈簧。
[0017]為了保證氣體實(shí)現(xiàn)噴射的效果，所述上催化劑床的外壁、下催化床的外壁以及中心管上均設(shè)有喇叭狀通氣小孔。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明目的是提供了一種利用上述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行煤氣變換的工藝，該工藝包括如下步驟:
I)、將含體積濃度為40%?70%的CO的煤氣依次經(jīng)過(guò)第一水分離器、熱交換器、凈化除毒器之后，送入上述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器的未變換氣入口 ；其中，煤氣進(jìn)入凈化除毒器的溫度為230°C?240°C，煤氣進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器的溫度為255°C?265°C ；
2 )、未變換氣在等溫變換反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，上催化劑床和下催化劑床內(nèi)的溫度為2600C?275°C，反應(yīng)完畢后，變換氣中CO的體積濃度為0.4%?0.7% ；
3)、變換氣從變換氣出口依次進(jìn)入熱交換器、第一余熱鍋爐、第二余熱鍋爐、第二水分離器、鍋爐給水加熱器、冷卻器、第三水分離器后送出界區(qū)；其中變換氣進(jìn)入熱交換器的溫度為255?265°C，變換氣進(jìn)入第二水分離器的溫度為170°C?190°C，變換氣進(jìn)入冷卻器的溫度為75°C?80°C，變換氣進(jìn)入第三水分離器的溫度為35°C?50°C。
[0019]進(jìn)一步地，加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，第一余熱鍋爐、第二余熱鍋爐和汽包產(chǎn)生的壓力飽和蒸汽分別送往相應(yīng)的蒸汽管網(wǎng)。
[0020]由此，加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環(huán)和余熱鍋爐的補(bǔ)充水，產(chǎn)生的三種壓力飽和蒸汽分別送往相應(yīng)的蒸汽管網(wǎng)。
[0021]進(jìn)一步地，本發(fā)明第三個(gè)發(fā)明目的是提供一種利用上述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行工業(yè)爐氣變換的工藝，該工藝包括如下步驟:
I)、將含體積濃度為45%?85%的CO的工業(yè)爐氣依次經(jīng)過(guò)洗滌塔、第四水分離器、過(guò)濾器后經(jīng)氣體壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入除油器，除油后進(jìn)熱交換器中，從熱交換器中出來(lái)的氣體依次進(jìn)入凈化除毒器、進(jìn)加氫轉(zhuǎn)化器后，送入上述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器內(nèi)；工業(yè)爐氣進(jìn)入凈化除毒器的溫度為200°C?225°C，工業(yè)爐氣進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器的溫度為225°C?250 0C ；
2 )、工業(yè)爐氣在等溫變換反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，上催化劑床和下催化劑床內(nèi)的溫度為235 °C?260 V，反應(yīng)完畢后，變換氣從變換氣出口進(jìn)入蒸汽干燥器內(nèi)將自產(chǎn)飽和蒸汽干燥；
3)、從蒸汽干燥器出來(lái)的變換氣依次通過(guò)熱交換器、鍋爐脫鹽水加熱器、除氧水加熱器、冷卻器、第五水分離器后送出界區(qū)；
其中進(jìn)入熱交換器的變換氣溫度為230°C ?255°C，進(jìn)入冷卻器的變換氣溫度為75°C?80°C，進(jìn)入第三水分離器的變換氣溫度為35°C?50°C。
[0022]進(jìn)一步地，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包，自產(chǎn)飽和蒸汽經(jīng)干燥后，返回等溫變換反應(yīng)器參與變換反應(yīng)，在所述變換反應(yīng)器底部補(bǔ)入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物。
[0023]由此，加熱的鍋 爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環(huán)的補(bǔ)充水，產(chǎn)生中壓蒸汽做本變換系統(tǒng)需加入的反應(yīng)蒸汽。另在由變換爐底部補(bǔ)入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物，以提高反應(yīng)末端化學(xué)平衡度，提高最終轉(zhuǎn)化率。
[0024]進(jìn)一步地，本發(fā)明第四個(gè)發(fā)明目的是提供一種利用上述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行半水煤氣變換的工藝，該工藝包括如下步驟:
1)、將含體積濃度為25%?38%的CO的半水煤氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、后進(jìn)入熱交換器中，從熱交換器中出來(lái)的氣體進(jìn)入凈化除毒器，后送入上述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器內(nèi)；其中，進(jìn)入凈化除毒器的半水煤氣溫度為210°C?230°C，進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器的半水煤氣溫度為 230°C?250°C ；
2)、半水煤氣在等溫變換反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，上催化劑床和下催化劑床內(nèi)的溫度為235°C?260 V，反應(yīng)完畢后，變換氣從變換氣出口進(jìn)入蒸汽干燥器內(nèi)將自產(chǎn)飽和蒸汽干燥；
3)、從蒸汽干燥器出來(lái)的變換氣依次通過(guò)熱交換器、鍋爐給水加熱器、脫鹽水加熱器、冷卻器、第六水分離器后送出界區(qū)；其中進(jìn)入熱交換器的變換氣溫度為230°C ?255°C，進(jìn)入冷卻器的變換氣溫度為75°C?80°C，進(jìn)入第六水分離器的變換氣溫度為35°C?50°C。
[0025]進(jìn)一步地，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包，自產(chǎn)飽和蒸汽經(jīng)干燥后，返回等溫變換反應(yīng)器參與變換反應(yīng)，在所述變換反應(yīng)器底部補(bǔ)入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物。
[0026]由此，加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環(huán)的補(bǔ)充水，產(chǎn)生中壓蒸汽做本變換系統(tǒng)需加入的反應(yīng)蒸汽。另在由變換爐底部補(bǔ)入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物，以提高反應(yīng)末端化學(xué)平衡度，提高最終轉(zhuǎn)化率。
[0027]由此，本發(fā)明用于工業(yè)爐尾氣、工業(yè)煤氣中CO (體積濃度40%?85%)，與水蒸汽反應(yīng)變成氫，且變換率高達(dá)98%以上。90%?95%的CO在上催化床完成反應(yīng)。反應(yīng)溫度恒定在低溫活性范圍，不同待變換未反應(yīng)氣配置不同工藝流程，制定兩種典型工藝流程:高CO高水汽比、中高壓變換；高CO低水汽比、低壓變換；以及低水汽比高變換率。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)用一臺(tái)變換爐和相應(yīng)簡(jiǎn)單流程、簡(jiǎn)單容易的操作，實(shí)現(xiàn)CO含量高變換率。反應(yīng)熱副產(chǎn)中壓蒸汽，多余蒸汽凝熱產(chǎn)生低壓蒸汽熱效率高冷卻水量少、催化劑壽命長(zhǎng)，變換爐及系統(tǒng)阻力小。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明技術(shù)核心是眾多水管埋于催化床中，催化反應(yīng)放出熱被水管內(nèi)水吸收汽化為蒸汽維持床層溫度。其特點(diǎn)水汽化熱很大，所有反應(yīng)熱都能隨即吸收，保證床層溫度恒定，杜絕飛溫現(xiàn)象，保催化劑長(zhǎng)周期高效運(yùn)行；反應(yīng)溫度低，平衡溫距大，反應(yīng)推動(dòng)力大，催化劑效率高，催化劑量少，生產(chǎn)能力大；
2、未反應(yīng)氣體中CO可高達(dá)80%以上，變換氣中CO可降至0.4%.對(duì)純氧水蒸汽與煤制得的煤氣，水汽比1.1?1.6，用一個(gè)反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了高CO、高變換率、高水氣比的復(fù)雜變換過(guò)程。反應(yīng)器少，流程短；
3、由于上述優(yōu)點(diǎn)，只需控制汽包壓力，就操控了反應(yīng)全過(guò)程，反應(yīng)溫度恒定、變換氣CO恒定；由于上述反應(yīng)器少、流程短，使變換界區(qū)占地面積??；
4、變換反應(yīng)器為低溫等溫反應(yīng)，其溫度在催化劑活性范圍內(nèi)的低端(230°C?310)，反應(yīng)床層軸向徑最大溫差3°C?8°C內(nèi)。使催化劑使用壽命長(zhǎng)。無(wú)需耐高溫材料制作反應(yīng)器；
5，反應(yīng)熱全部用于產(chǎn)生3.9MPa中壓蒸汽并能充分利用高水氣比煤氣身帶來(lái)大量水蒸汽，參與變換反應(yīng)，(現(xiàn)有工藝要先冷凝煤氣中蒸汽，經(jīng)第一段反應(yīng)后，又要補(bǔ)加蒸汽和噴水增濕)。產(chǎn)生較余下蒸汽冷凝熱產(chǎn)生1.2MPa和0.6MPa蒸汽，降溫冷卻水量少。高水氣比煤氣變換流程中，中低壓蒸汽可外供，在工業(yè)爐尾氣CO變換流程中作為反應(yīng)需要的蒸汽，使外供蒸汽大為減少。具有很好節(jié)能效果；
6、本發(fā)明反應(yīng)溫度低，汽氣比小，除恒溫等溫低溫變換爐外，凈化爐、終變爐均設(shè)為徑向結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器阻力只 ≤ 0.05MPa，系統(tǒng)阻力 ≤ 0.2MPa ；
7、高徑比大，單爐能力大，易大型化；例如日產(chǎn)1500噸合成氨，煤氣CO為64%，變換氣CO為0.8%，一臺(tái)內(nèi)徑4000凈高17M等溫變換反應(yīng)器即可。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是現(xiàn)有高CO煤氣變換工藝流程圖；
圖2是本發(fā)明所述雙套管的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖4是本發(fā)明高CO變換變換流程圖圖5是本發(fā)明工業(yè)爐尾氣高CO變換流程圖圖6是本發(fā)明半水煤氣變換流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
本發(fā)明的未反應(yīng)氣體中CO可高達(dá)85%以上，變換氣中CO可降至0.4%。變換反應(yīng)器催化劑是以MOS、COS為活性組成的耐硫鈷鑰型催化劑，本發(fā)明在催化床層溫度，只要高于露點(diǎn)溫度30V?40°C，處活性溫度低端范圍內(nèi)(230°C?310°C )，反應(yīng)床層軸徑向最大溫差只
3。。?8。。內(nèi)。
[0031]等溫變換反應(yīng)器5整體為圓筒形，如圖3所示，由上管板2，裝料管3，下管板4，雙套水汽管5，外殼6，上徑向催化床7，中心管8，U形水汽管9，環(huán)形連通孔10，支承封頭11，汽水混合物噴管12，下徑向催化床13，上卸料管14，下卸料管15，密封填料16，底部三通以及體外汽包I組合構(gòu)成。
[0032]上徑向催化床7有眾多汽水管5、9;下徑向催化床13無(wú)水管。催化床之上的兩塊管板2、4將上部分為汽室和水室，分別通過(guò)上升汽管和下降水管與汽包I連通。
[0033]上、下催化床都為徑向催化床，稱為全徑向反應(yīng)床。上床層氣體從外周邊向中心流，下床層氣體從中心往外周邊流。徑向催化床外圈筒體和中心管上都有喇叭形小孔，以保證氣體成噴射流狀進(jìn)床層，均勻分布于床層各點(diǎn)，徑向流結(jié)構(gòu)使氣體流動(dòng)阻力大為降低。
[0034]剛進(jìn)入徑向催化床的未反應(yīng)氣CO高，水氣比高，推動(dòng)力大，反應(yīng)速度快，體積濃度為60%的CO是在上徑向催化床7周邊圓環(huán)內(nèi)變換為H2和C02，此圓環(huán)內(nèi)水管的圓面積小，管密度較大；中間圓內(nèi)水管，圓面積大，管密度較小。
[0035]所述水汽管有兩種:外周環(huán)圈是雙套管5，往內(nèi)是U形管9，雙套管外管18下端封閉，上端焊在下管板上。內(nèi)管17插在外管18內(nèi)，下端未封閉，與外管18下端保持一段距離，上端焊在上管板上。U形管9 一邊較長(zhǎng)，其管口焊在上管板2上，較短一邊管口焊在下管板4上。雙套管排布密度可大些，但內(nèi)管只起導(dǎo)流作用，無(wú)傳熱功能，反而增加了設(shè)備重量和成本；U形管的優(yōu)缺點(diǎn)與之相反。
[0036]如圖3所示，雙套管內(nèi)外管17，18間有彈性“B”形支撐19，以防止內(nèi)管17擺振，支撐在內(nèi)管17上錯(cuò)開(kāi)排布；外.管18下端有錐形小彈簧20，使雙套管伸縮有彈性。
[0037]含CO煤氣由下部三通進(jìn)入，由沿環(huán)隙下而上，經(jīng)上徑向催化床7筒體小孔，徑向經(jīng)催化床反應(yīng)，CO降至3%?5%，進(jìn)入中心管8，由上而下至下段流去中心管，至下徑向催化床13反應(yīng)。徑向流向周邊，CO降至0.4%?1%，穿過(guò)下徑向催化床筒體小孔，完成反應(yīng)。由底部三通16出反應(yīng)器。
[0038]汽包I下降的水進(jìn)水室，經(jīng)分別流入U(xiǎn)形管9長(zhǎng)邊管和雙套管5內(nèi)管。進(jìn)入內(nèi)管內(nèi)的水由上而下至底部，折向到外套管，由下而上吸收管外反應(yīng)熱，水相變?yōu)槠旌衔?，上升至汽包I。進(jìn)入U(xiǎn)形管9長(zhǎng)邊的水，由上而下至底部并吸收管外反應(yīng)熱使水部分汽化，汽水混合物折向到U形管9短邊，由下而上，繼續(xù)吸收管外反應(yīng)熱，更多水變?yōu)槠旌衔?，上升至汽包。汽水混合物在汽包I中分離，蒸汽外送，水下降，完成一個(gè)水汽循環(huán)。
[0039]上徑向催化床7裝填量占總量48%?60%，下徑向催化床裝填量占總量40%?52%，在上下管板間的裝料(催化劑)管，其數(shù)量為水管總數(shù)8%?12%，中間有較大的管子，從
此裝料管加入的催化劑，通過(guò)封頭中間的環(huán)形連通孔10穿過(guò)，可達(dá)下徑向催化床。
[0040]當(dāng)催化劑需更換時(shí)，應(yīng)將反應(yīng)器內(nèi)廢舊催化劑卸出。上卸料(催化劑)管是卸上徑向催化床催化劑，對(duì)稱兩根裝于靠筒體周邊；下卸料管是卸下徑向催化床催化劑，對(duì)稱兩根。卸料管下端口用高壓盲板封閉，防止正常運(yùn)行時(shí)，催化劑落下。
[0041]實(shí)施例2
如圖4所示，與本發(fā)明的等溫變換反應(yīng)器相配的CO體積濃度為40%?70%，水氣比1.3?1.6的煤氣變換工藝流程，其由第一水分離器E-41，熱交換器E-42，凈化除毒器E-43、E-44，等溫變換反應(yīng)器E-45，第一余熱鍋爐E-46，第二余熱鍋爐E-47，第二水分離器E-48，鍋爐給水加熱器E-49，水冷器E-410，第三水分離器E-411組成。工作時(shí)，含CO的煤經(jīng)第一水分離器E-41，進(jìn)入熱交換器E-42，未反應(yīng)氣被加熱至230°C?240°C，進(jìn)入凈化除毒器E-43，E-44，氣體中氯、磷、氧、烴在此處被清除，也有少量CO被轉(zhuǎn)化，氣體溫度升至255°C?265°C后，進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器E-45，由變換爐下部三通進(jìn)入，在爐內(nèi)催化劑床進(jìn)行變換反應(yīng)，催化劑床層溫度260°C?275°C，反應(yīng)后，變換氣CO體積濃度為0.7%左右，從下部三通出爐，熱變換氣經(jīng)熱交換器E-42，經(jīng)第一余熱鍋爐E-46，產(chǎn)生1.2MPa蒸汽，變換氣經(jīng)第二余熱鍋爐E-47，產(chǎn)生0.6MPa蒸汽，三種壓力自產(chǎn)飽和蒸汽外送相應(yīng)壓力級(jí)管網(wǎng)，變換氣溫度降至255?265°C，經(jīng)第二水分離器E-48，變換氣溫度下降至180°C左右，多余蒸汽冷凝，其顯熱、冷凝熱等余熱分別產(chǎn)生1.3MPa和0.6MPa蒸汽，經(jīng)鍋爐給水加熱器E-49先后將鍋爐脫鹽水、(去)除氧水加熱，溫度降至75°C?80°C后，再經(jīng)水冷器E-410用循環(huán)冷水冷卻至40°C，變換氣蒸汽大量冷凝，經(jīng)第一第三水分離器E-411，將冷凝水分離，變換氣送出界區(qū)。
[0042]加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環(huán)的補(bǔ)充水，和低壓蒸發(fā)生器給水，產(chǎn)生蒸汽外送。
[0043]實(shí)施例3
如圖5所示，與本發(fā)明的等溫變換反應(yīng)器相配的C050%?85%工業(yè)爐氣(如乙炔爐氣、煉鋼轉(zhuǎn)爐、黃磷爐氣)變換工藝流程。
[0044]工業(yè)爐氣特點(diǎn)是C0%含量高(40%?85%)，基本上沒(méi)帶水蒸汽，基本不含硫，但粉塵含量多，氧含量較多，乙炔爐氣還含不飽和烴。
[0045]如圖5所示，用 等溫變換工藝相配流程由E-51洗滌塔、E-52水分離器、并聯(lián)的過(guò)濾器E-53、E-54、壓縮機(jī)E-55、除油器E-516、凈化除毒器E_56、E_57、加氫轉(zhuǎn)化器E-517、等溫變換反應(yīng)器E-58、蒸汽干燥器E-59、熱交換器E-510，鍋爐脫鹽水加熱器E-511、除氧水加熱器E-512、風(fēng)冷器E-513、第五水分離器E-514、汽包E-515組成。
[0046]工業(yè)爐氣進(jìn)入洗滌塔E-51，將粉塵用循環(huán)水洗滌，經(jīng)第四水分離器E-52將氣體帶水分離，再經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的過(guò)濾器E-53，E-54 (—個(gè)過(guò)濾另一個(gè)清理)，將粉塵清除至?
0.1mg,經(jīng)氣體壓縮機(jī)E-55壓縮至1.8MPa?2.3MPa進(jìn)入熱交換器E-510，未反應(yīng)氣被加熱至200°C?225°C，進(jìn)入并聯(lián)的凈化除毒器E-56，E-57，氣體中氯、磷、氧、烴在此清除，也有少量CO被轉(zhuǎn)化，氣體溫度升至2250°C?250°C，進(jìn)入加氫轉(zhuǎn)化器E-517，經(jīng)加氫轉(zhuǎn)化后，由下部三通進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器E-58，在爐內(nèi)催化劑床進(jìn)行變換反應(yīng)，催化劑床層溫度235°C?260°C，反應(yīng)后，變換氣CO降至0.7%左右，達(dá)到變換工藝要求，從下部三通出爐，熱變換氣經(jīng)蒸汽干燥器E-59，將自產(chǎn)飽和蒸汽干燥，溫度降至230°C?255°C左右，變換氣經(jīng)熱交換器E-510加熱壓縮后氣體，經(jīng)鍋爐脫鹽水加熱器E-511，先后將鍋爐脫鹽水加熱、經(jīng)除氧水加熱器E-512預(yù)熱(去)除氧水，溫度降至75°C?80°C，經(jīng)風(fēng)冷器E-513，用風(fēng)冷(或循環(huán)冷水)冷卻至40°C，變換氣蒸汽大量冷凝，經(jīng)第五水分離器E-514，將冷凝水分離，變換氣送出界區(qū)。
[0047]加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環(huán)的補(bǔ)充水，產(chǎn)生中壓蒸汽做本變換系統(tǒng)需加入的反應(yīng)蒸汽。另在由變換爐底部補(bǔ)入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物，以提高反應(yīng)末端化學(xué)平衡度，提高最終轉(zhuǎn)化率。[0048]實(shí)施例4
如圖6所示，與本發(fā)明的等溫變換反應(yīng)器相配的約C030%?C038%半水煤氣變換工藝流程，半水煤氣CO雖不高，但制合成氨時(shí)，要求變換氣CO很低，為0.4%?0.6%，且煤氣含塵、含油、含氧、含氯，不帶水蒸汽，本發(fā)明相配流程是經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的過(guò)濾器E-61、E-62 (—個(gè)過(guò)濾另一個(gè)清理)，將粉塵焦油除塵除油過(guò)濾器，清除粉塵、油污，進(jìn)入熱交換器E-67，未反應(yīng)氣被加熱至210°C?230°C，進(jìn)入并聯(lián)的凈化除毒器E-63，E-64，將煤氣中氧、氯、磷等有害物清除，也有少量CO變換，氣體溫度升至230°C?250°C，由下部三通進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器E-65，在爐內(nèi)催化劑床進(jìn)行變換反應(yīng)，床層溫度230°C?265°C，反應(yīng)后，變換氣CO降至
0.4%?0.7左右，達(dá)到變換工藝要求，從下部三通出爐，熱變換氣經(jīng)蒸汽干燥器E-66，將自產(chǎn)飽和蒸汽干燥，溫度降至230°C?255°C左右，經(jīng)熱交換器E-67加熱半水煤氣，經(jīng)鍋爐給水加熱器E-68先后將鍋爐脫鹽水加熱、經(jīng)脫鹽水加熱器E-69預(yù)熱(去)除氧水，溫度降至750C?80°C，經(jīng)水冷器E-610用循環(huán)冷水冷卻至40°C，變換氣蒸汽大量冷凝，經(jīng)第六水分離器E-611，將冷凝水分離，變換氣送出界區(qū)。
[0049]加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環(huán)的補(bǔ)充水，產(chǎn)生中壓蒸汽做本變換系統(tǒng)需加入的反應(yīng)蒸汽。另在由變換爐底部補(bǔ)入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物，以提高反應(yīng)末端化學(xué)平衡度，提高最終轉(zhuǎn)化率。
[0050]本發(fā)明中的CO百分?jǐn)?shù)均表示體積濃度。
[0051 ] 上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所 附權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，包括具有內(nèi)腔的外殼(6)，位于外殼(6)內(nèi)腔上部的上管板(2)和下管板(4)，位于外殼(6)內(nèi)腔底部的三通(16);所述外殼(6)的上下兩端均具有封頭，該外殼(6)的上封頭與所述上管板(2)之間的腔體為水室，上管板(2)與下管板(4)之間的腔體為汽室；其特征是，所述水室通過(guò)水管與設(shè)在外殼(6)上方的汽包(I)連通，該汽包(I)通過(guò)管道與所述汽室連通；所述外殼(6)內(nèi)腔中部設(shè)有上催化劑床(7)，該外殼(6)內(nèi)腔下部設(shè)有下催化劑床(13)，所述上催化劑床(7)與殼體(6)內(nèi)壁之間具有環(huán)隙，所述上催化劑床(7)與下催化劑床(13)之間設(shè)有支承封頭(11)，所述外殼(6)內(nèi)腔設(shè)有中心管(8)，該中心管(8)的上部位于上催化劑床(7)內(nèi)，該中心管(8)的下部位于下催化劑床(13)內(nèi)；所述底部三通具有未反應(yīng)氣入口、變換氣出口和汽水混合物入口 ；所述上催化劑床(7)通過(guò)環(huán)隙與所述未反應(yīng)氣入口連通，所述下催化劑床(13)與所述變換氣出口連通；所述中心管(8)內(nèi)裝有汽水混合物噴管(12)，該汽水混合物噴管(12)與所述汽水混合物入口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，其特征是，所述上催化劑床(7)內(nèi)設(shè)有多根豎向布置的水汽管(5，9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，其特征是，所述水汽管(5，9)中的一部分水汽管為雙套水汽管，該雙套水汽管包括內(nèi)管(17)和通過(guò)支撐(19)套裝在內(nèi)管(17)上的外管(18);底部封閉的所述外管(18)的底端裝有彈性元件(20)，所述內(nèi)管(17)的底部與所述外管(18)底部連通，該內(nèi)管(17)的上端伸出所述外管(18)并與所述水室連通，該外管(18)的上端與所述汽室連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，其特征是，所述水汽管(5，9)中的一部分水汽管為U形水汽管，該U形水汽管的左右兩邊管不等長(zhǎng)，該U形水汽管的長(zhǎng)邊管與所述水室連通，該U形水汽管的短邊管與所述汽室連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高CO高變`換率等溫變換反應(yīng)器，其特征是，所述上催化劑床(7)頂部設(shè)有裝料管(3)，該上催化劑床(7)的底部設(shè)有上卸料管(14);所述下催化劑床(13 )通過(guò)連通環(huán)孔與所述上催化劑床(7 )連通，該下催化劑床(13 )的底部設(shè)有下卸料管(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，其特征是，所述上催化劑床(7)的裝填量占總裝填量的48%-60% ;所述下催化劑床(13)的裝填量占總裝填量的40%-52%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，其特征是，所述支撐(19)的外形呈B形，所述彈性元件(20)為彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器，其特征是，所述上催化劑床(7)的外壁、下催化床的外壁以及中心管(8)上均設(shè)有喇叭狀通氣小孔。
9.一種利用權(quán)利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行煤氣變換的工藝，其特征是，包括如下步驟:I)將含體積濃度為40%?75%的CO的煤氣依次經(jīng)過(guò)第一水分離器(E-41)、熱交換器(E-42)、凈化除毒器(E-43、E-44)之后，送入權(quán)利要求1_8之一所述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器(E-45)的未變換氣入口 ；煤氣進(jìn)入凈化除毒器(E-43、E-44)的溫度為230°C?240°C，煤氣進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器(E-45)的溫度為255°C?265°C ；2)未變換氣在等溫變換反應(yīng)器(E-45)內(nèi)反應(yīng)，上催化劑床(7)和下催化劑床(13)內(nèi)的溫度為260°C?275°C，反應(yīng)完畢后，變換氣中CO的體積濃度為0.4%?0.7% ；3)、變換氣從變換氣出口依次進(jìn)入熱交換器(E-42)、第一余熱鍋爐(E-46)、第二余熱鍋爐(E-47)、第二水分離器(E-48)、鍋爐給水加熱器(E-49)、冷卻器(E-410)、第三水分離器(E-411)后送出界區(qū)；其中變換氣進(jìn)入熱交換器(E-42)的溫度為255?265°C，變換氣進(jìn)入第二水分離器(E-48)的溫度為170°C?190°C，變換氣進(jìn)入冷卻器(E-410)的溫度為75°C?80°C，變換氣進(jìn)入第三水分離器(E-411)的溫度為35°C?50°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的進(jìn)行煤氣變換的工藝，其特征是，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包(1)，第一余熱鍋爐(E-46)、第二余熱鍋爐(E-47)和汽包(I)產(chǎn)生的三種壓力飽和蒸汽分別送往相應(yīng)的蒸汽管網(wǎng)。
11.一種利用權(quán)利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行工業(yè)爐氣變換的工藝，其特征是，包括如下步驟:O將含體積濃度為45%?85%的CO的工業(yè)爐氣依次經(jīng)過(guò)洗滌塔(E-51)、第四水分離器(E-52)、過(guò)濾器(E-53、E-54)后經(jīng)氣體壓縮機(jī)(E-55)壓縮進(jìn)入除油器(E-516)，除油后進(jìn)熱交換器(E-510)中，從熱交換器(E-510)中出來(lái)的氣體依次進(jìn)入凈化除毒器(E-56，E-57)、進(jìn)加氫轉(zhuǎn)化器(E-517)后，送入權(quán)利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器(E-58)內(nèi)；工業(yè)爐氣進(jìn)入凈化除毒器(E-56，E-57)的溫度為200°C?225°C，工業(yè)爐氣進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器(E-58)的溫度為225°C?250°C ；2)工業(yè)爐氣在等溫變換反應(yīng)器(E-58)內(nèi)反應(yīng)，上催化劑床(7)和下催化劑床(13)內(nèi)的溫度為235°C?260°C，反應(yīng)完畢后，變換氣從變換氣出口進(jìn)入蒸汽干燥器(E-59)內(nèi)將自產(chǎn)飽和蒸汽干燥；3)從蒸汽干燥器(E-59)出來(lái)的變換氣依次通過(guò)熱交換器(E-510)、鍋爐脫鹽水加熱器(E-511)、除氧水加熱器(E-512)、冷卻器(E-513)、第五水分離器(E-514)后送出界區(qū)；其中變換氣進(jìn)入熱交換器(E-510)的溫度為230°C ?255°C，變換氣進(jìn)入冷卻器(E-513)的溫度為75°C?80°C，變換氣進(jìn)入第三水分離器(E-514)的溫度為35°C?50°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的進(jìn)行工業(yè)爐氣變換的工藝，其特征是，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包(1)，自產(chǎn)飽和蒸汽經(jīng)干燥后，返回等溫變換反應(yīng)器(E-58)參與變換反應(yīng)，在所述變換反應(yīng)器(E-58)底部補(bǔ)入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物。
13.一種利用權(quán)利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器進(jìn)行半水煤氣變換的工藝，其特征是，包括如下步驟:1)將含體積濃度為25%?38%的CO的半水煤氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器(E-61、E-62)后進(jìn)入熱交換器(E-67)中，從熱交換器(E-67)中出來(lái)的氣體進(jìn)入凈化除毒器(E-63，E-64)后送入權(quán)利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應(yīng)器(E-65)內(nèi)；其中，進(jìn)入凈化除毒器(E-63，E-64)的半水煤氣溫度為210°C?230°C，進(jìn)入等溫變換反應(yīng)器(E-65)的半水煤氣溫度為.230 O ?250 O ；2)半水煤氣在等溫變換反應(yīng)器(E-65)內(nèi)反應(yīng)，上催化劑床(7)和下催化劑床(13)內(nèi)的溫度為235°C?260°C，反應(yīng)完畢后，變換氣從變換氣出口進(jìn)入蒸汽干燥器(E-66)內(nèi)將自產(chǎn)飽和蒸汽干燥；3)從蒸汽干燥器(E-66)出來(lái)的變換氣依次通過(guò)熱交換器(E-67)、鍋爐給水加熱器(E-68)、脫鹽水加熱器(E-69)、冷卻器(E-610)、第六水分離器(E-611)后送出界區(qū)；其中變換氣進(jìn)入熱交換器(E-67)的溫度為230°C ?255°C，變換氣進(jìn)入冷卻器(E-610)的溫度為75°C?80°C，變換氣進(jìn)入第六水分離器(E-611)的溫度為35°C?50°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的進(jìn)行半水煤氣變換的工藝，其特征是，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包(1)，自產(chǎn)飽和蒸汽經(jīng)干燥后，返回等溫變換反應(yīng)器(E-65)參與變換反應(yīng)，在所述變換反應(yīng)器(E-65)底部補(bǔ) 入處于飽和狀態(tài)的汽水混合物。
【文檔編號(hào)】C01B3/16GK103435006SQ201310364045
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】謝定中 申請(qǐng)人:湖南安淳高新技術(shù)有限公司