一種合成氣co組合變換裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種合成氣CO組合變換裝置，包括氣冷變換反應(yīng)器、水冷換熱變換反應(yīng)器和汽包，所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器內(nèi)有氣體換熱管束，所述的水冷換熱變換反應(yīng)器內(nèi)有水冷換熱管束，所述的水冷換熱管束與汽包連通，所述的汽包出口連結(jié)水冷變換反應(yīng)器的進(jìn)口管，所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器的氣體換熱管束出口與水冷換熱變換反應(yīng)器殼程及氣冷換熱變換反應(yīng)器殼程前后依次連接，各反應(yīng)器內(nèi)均裝有變換催化劑。本實(shí)用新型裝置中的氣冷換熱變換反應(yīng)器既能降低深度變換的反應(yīng)溫度，同時(shí)又相當(dāng)于一臺(tái)換熱器，減少設(shè)備投資，同時(shí)裝置中反應(yīng)熱副產(chǎn)中壓蒸汽，滿足變換反應(yīng)需要，減少或不需外供蒸汽，且可外送蒸汽需要。
【專利說(shuō)明】一種合成氣CO組合變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及化學(xué)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種合成氣CO組合變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由各種原料和方法制得的粗合成氣中，CO含量普遍高于生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品所需的含量，例如煤制氣中CO可高達(dá)70% (干基)以上，而生產(chǎn)合成氨的合成氣中CO需低達(dá)〈lOppm，為此需根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的要求把大量CO變換成H2,使其符合合成氣H2、C0比例要求，例如合成甲醇?xì)涮急燃s為2，合成甲烷制天然氣氫碳比為3，C0變換反應(yīng)如下:C0+H20(汽)=H2+C02+Q。這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，放出的反應(yīng)熱使反應(yīng)溫度升高，CO平衡轉(zhuǎn)化率降低，不能達(dá)到轉(zhuǎn)化率要求。
[0003]現(xiàn)有的CO變換一般通過(guò)反應(yīng)氣多次冷卻的多個(gè)絕熱變換反應(yīng)器完成，按變換溫度的不同，有高溫變換、中溫變換(在350?500°C下變換、使用Cr2O3系催化劑)和低溫變換(在180?250°C下變換、使用銅系催化劑)，對(duì)含硫化物的煤氣則用鈷鑰耐硫?qū)挏刈儞Q催化劑(200?470 0C )。
[0004]CO變換需要水汽，合成氣中水汽和干合成氣之比俗稱水氣比。水氣比高，一則會(huì)發(fā)生反硫化反應(yīng):MoS2+2H20=MO02+2H2S，使鈷鑰催化劑失活，二則若水汽含量過(guò)高，低于露點(diǎn)溫度的蒸汽又會(huì)冷凝成液態(tài)，使催化劑強(qiáng)度降低而粉化。而水氣比低，一則不利于提高CO變換率，二則高溫下還會(huì)發(fā)生甲烷化反應(yīng):C0+3H2 = CH4+H20，這一強(qiáng)放熱反應(yīng)易燒壞催化齊U，對(duì)合成氣生產(chǎn)氨、甲醇而言，所生成的CH4是惰性氣白白消耗大量有用的CO、H2氣，故多段絕熱變換存在流程長(zhǎng)、設(shè)備多、能耗高、投資大的不足。
[0005]為此，近年開(kāi)發(fā)了等溫變換技術(shù)，如名為等溫低溫0變換反應(yīng)器(CN101721956)以設(shè)有多根懸置換熱水管為主，吸收管外變換反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽，副產(chǎn)蒸汽出反應(yīng)器到汽包后，又進(jìn)入變換反應(yīng)器中的倒置U形管吸收反應(yīng)熱、提高蒸汽溫度后，與未反應(yīng)氣混合進(jìn)入催化劑層進(jìn)行變換反應(yīng)，該技術(shù)已在工業(yè)裝置上成功實(shí)施，取得比前述多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)變換更好的效果，但該技術(shù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換熱效果欠強(qiáng)，催化劑裝卸不方便，且反應(yīng)溫度較高，對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)降低，對(duì)于用于氨合成氣CO含量要求低的要求，需增加催化劑用量大、提聞水氣比。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種合成氣CO組合變換裝置，它可以在反應(yīng)過(guò)程中，持續(xù)反應(yīng)放熱，持續(xù)通過(guò)另外介質(zhì)將反應(yīng)熱移出，維持反應(yīng)在低溫下進(jìn)行。
[0007]—種合成氣CO組合變換裝置，包括氣冷換熱變換反應(yīng)器、水冷換熱變換反應(yīng)器和汽包，所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器內(nèi)有氣體換熱管束，所述的水冷換熱變換反應(yīng)器內(nèi)有水冷換熱管束，所述的水冷換熱管束與汽包連通，所述的汽包出口連接水冷換熱變換反應(yīng)器的進(jìn)口管，所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器的氣體換熱管束出口與水冷換熱變換反應(yīng)器殼程及氣冷換熱變換反應(yīng)器殼程前后依次連接，各反應(yīng)器內(nèi)均裝有變換催化劑。
[0008]上述裝置運(yùn)行時(shí)，含CO的低溫合成氣，先經(jīng)過(guò)氣冷換熱反應(yīng)器管程被管外的催化劑層內(nèi)氣體預(yù)熱，控制管外催化劑的溫度。換熱后的氣體通過(guò)補(bǔ)加蒸汽調(diào)節(jié)水氣比后，先進(jìn)入水冷換熱變換反應(yīng)器，將大部分的CO進(jìn)行變換反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽。之后出水冷換熱反應(yīng)器再進(jìn)入氣冷換熱反應(yīng)器的殼程，在催化劑層內(nèi)進(jìn)行深度的CO變換反應(yīng)，邊反應(yīng)邊換熱，降低底部催化劑溫度，促進(jìn)CO變換反應(yīng)的進(jìn)行。
[0009]作為一種優(yōu)選，所述的裝置還包括預(yù)變換反應(yīng)器，所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器的氣體換熱管束出口與預(yù)變換反應(yīng)器殼程、水冷換熱變換反應(yīng)器殼程及氣冷換熱變換反應(yīng)器殼程前后依次連接。低溫合成器經(jīng)氣冷換熱變換反應(yīng)器預(yù)熱后進(jìn)入預(yù)變換反應(yīng)器中，進(jìn)行少量的變換反應(yīng)，再通過(guò)補(bǔ)加蒸汽調(diào)節(jié)水氣比，之后反應(yīng)氣依次進(jìn)入水冷換熱變換反應(yīng)器、氣冷換熱變換反應(yīng)器進(jìn)行變換反應(yīng)。
[0010]本實(shí)用新型的組合裝置有2臺(tái)關(guān)鍵反應(yīng)設(shè)備，第一臺(tái)為水冷等溫變換反應(yīng)器，其工藝特點(diǎn)是采用飽和鍋爐水對(duì)變換反應(yīng)器移熱，同時(shí)副產(chǎn)中壓蒸汽。第二臺(tái)為氣冷換熱變換反應(yīng)器，采用低溫合成氣為移熱介質(zhì)，對(duì)變換反應(yīng)器移熱。
[0011]所述的水冷換熱變換反應(yīng)器與氣冷換熱變換反應(yīng)器之間的管路上設(shè)有蒸汽補(bǔ)入□。
[0012]所述的水冷換熱變換反應(yīng)器為水管反應(yīng)器，優(yōu)選為繞管式水管反應(yīng)器。
[0013]所述的水冷換熱變換反應(yīng)器進(jìn)一步優(yōu)選為徑向水管反應(yīng)器，即反應(yīng)氣在水冷換熱變換反應(yīng)器內(nèi)徑向流動(dòng)。
[0014]采用上述裝置實(shí)現(xiàn)的合成氣CO組合變換方法如下:
[0015]一種合成氣CO組合變換方法，合成氣中的CO先后經(jīng)水冷換熱變換和氣冷換熱變換，低溫合成氣先與氣冷換熱變換中的反應(yīng)氣換熱，然后經(jīng)水冷換熱變換反應(yīng)，并副產(chǎn)蒸汽，之后反應(yīng)氣去氣冷換熱變換進(jìn)一步進(jìn)行CO的深度變換反應(yīng)，同時(shí)對(duì)低溫合成氣進(jìn)行加熱，經(jīng)深度變換反應(yīng)后的反應(yīng)氣經(jīng)熱量回收、冷凝液回收后送后工段處理；所述的水冷換熱變換的副產(chǎn)蒸汽一部分與合成氣混合后進(jìn)水冷換熱變換，其余部分蒸汽外送；或者蒸汽全部外送。
[0016]作為一種優(yōu)選，所述的合成氣CO組合變換方法還包括絕熱變換，所述的低溫合成氣先與氣冷換熱變換中的反應(yīng)氣換熱，然后去絕熱變換進(jìn)行預(yù)變換反應(yīng)，再去水冷換熱變換反應(yīng)，并副產(chǎn)蒸汽，之后反應(yīng)氣去氣冷換熱變換進(jìn)一步進(jìn)行CO的深度變換反應(yīng)，并對(duì)低溫合成氣進(jìn)行加熱，經(jīng)深度變換反應(yīng)后的反應(yīng)氣經(jīng)熱量回收、冷凝液回收后送后工段處理；所述的水冷換熱變換的副產(chǎn)蒸汽一部分與絕熱變換后的合成氣混合后進(jìn)水冷換熱變換，其余部分蒸汽外送；或者全部蒸汽外送。
[0017]作為一種優(yōu)選，所述的水冷換熱變換反應(yīng)之后的反應(yīng)氣中補(bǔ)入蒸汽。
[0018]上述補(bǔ)加蒸汽時(shí)的水氣比要求可根據(jù)實(shí)際工程條件計(jì)算。
[0019]所述的水冷換熱變換和氣冷換熱變換中，反應(yīng)器在催化劑上進(jìn)行變換反應(yīng)時(shí)，氣體溫度高于露點(diǎn)溫度20?30°C。
[0020]所述的合成氣為硫化物含量高的合成氣時(shí)，水冷換熱變換、氣冷換熱變換和絕熱變換均采用Co-Mo耐硫催化劑。
[0021]所述的水冷換熱變換副產(chǎn)的蒸汽的壓力高于反應(yīng)氣壓力。所述的水冷換熱變換通過(guò)換熱管內(nèi)的水蒸發(fā)副產(chǎn)蒸汽來(lái)移走反應(yīng)熱，一般水汽化溫度要比反應(yīng)溫度低5~20°C，調(diào)節(jié)維持反應(yīng)溫度，達(dá)到控制水的蒸發(fā)壓力高于反應(yīng)氣壓力，使系統(tǒng)自產(chǎn)蒸汽可補(bǔ)回水冷換熱變換之前的反應(yīng)氣中。
[0022]所述的氣冷換熱變換的出口溫度低于平衡溫距5~19°C。
[0023]本實(shí)用新型方法和裝置具有以下特點(diǎn):
[0024]I)氣冷換熱變換反應(yīng)器既能降低深度變換的反應(yīng)溫度，同時(shí)又相當(dāng)于一臺(tái)換熱器，減少設(shè)備投資。
[0025]2)末段反應(yīng)溫度更低，平衡常數(shù)大，減少催化劑用量。
[0026]3)反應(yīng)在低溫(210~260°C之間)進(jìn)行，需要的水氣比低，消耗蒸汽少，后續(xù)的冷凝液少，冷凝液處理流程縮短和設(shè)備減少。
[0027]4)反應(yīng)熱副產(chǎn)中壓蒸汽，滿足變換反應(yīng)需要，減少或不需外供蒸汽，且可外送蒸汽需要。
[0028]5)可以適用于不同CO含量的煤氣和不同變化率變換反應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本實(shí)用新型裝置的示意圖，其中汽包出口管路與水冷換熱變換反應(yīng)器進(jìn)口管路之間設(shè)有補(bǔ)入蒸汽管路。
[0030]圖2是本實(shí)用新型裝置的另一種方案的示意圖，其中汽包出口管路與水冷換熱變換反應(yīng)器進(jìn)口管路之間設(shè)有補(bǔ)入蒸汽管路，汽包出口管路與水冷換熱變換反應(yīng)器出口管路之間設(shè)有補(bǔ)入蒸汽管路。
[0031]圖3是本實(shí)用新型裝置的另一種方案的示意圖，其中還包括預(yù)變換反應(yīng)器，汽包出口管路與水冷換熱變換反應(yīng)器進(jìn)口管路之間設(shè)有補(bǔ)入蒸汽管路。
[0032]圖4是本實(shí)用新型裝置的另一種方案的示意圖，其中還包括預(yù)變換反應(yīng)器，汽包出口管路與水冷換熱變換反應(yīng)器進(jìn)口管路之間設(shè)有補(bǔ)入蒸汽管路，其中水冷換熱變換反應(yīng)器為徑向水管反應(yīng)器，催化劑裝在管間。
[0033]圖5是本實(shí)用新型裝置的一種實(shí)施方式的示意圖。
[0034]圖6是本實(shí)用新型裝置實(shí)施的一種流程示意圖。
[0035]圖7是本實(shí)用新型裝置實(shí)施的另一種方案的流程示意圖，其中還包括絕熱變換，水冷換熱變換前后均有補(bǔ)入蒸汽，水冷換熱變換前的補(bǔ)入蒸汽來(lái)自汽包，水冷換熱變換后的補(bǔ)入蒸汽來(lái)自外供。
[0036]圖8是本實(shí)用新型裝置實(shí)施的另一種方案的流程示意圖，其中還包括絕熱變換，水冷換熱變換前后均有補(bǔ)入蒸汽，補(bǔ)入蒸汽均來(lái)自汽包。
[0037]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0038]1-氣冷換熱變換反應(yīng)器2-水冷換熱變換反應(yīng)器 3-汽包
[0039]4-粗煤氣過(guò)濾器5-預(yù)變換反應(yīng)器D1-第一蒸汽補(bǔ)入管路
[0040]D2-蒸汽排放管路D3-第二蒸汽補(bǔ)入管路
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)行詳細(xì)的描述。[0042]實(shí)施例1
[0043]采用如圖5所示的裝置，該裝置包括依次連接的粗煤氣過(guò)濾器4、氣冷換熱變換反應(yīng)器1、預(yù)變換反應(yīng)器5和水冷換熱變換反應(yīng)器2，粗煤氣過(guò)濾器4的氣體出口與氣冷換熱變換反應(yīng)器I的管程進(jìn)口連接，氣冷換熱變換反應(yīng)器I的管程出口與預(yù)變換反應(yīng)器5的進(jìn)口連接，預(yù)變換反應(yīng)器5的出口與水冷換熱變換反應(yīng)器2的殼程進(jìn)口連接，水冷換熱變換反應(yīng)器2的殼程出口與氣冷換熱變換反應(yīng)器I的殼程進(jìn)口連接，所述的水冷換熱變換反應(yīng)器2的管程兩端分別連接汽包3的進(jìn)出口，汽包3的蒸汽出口與水冷換熱變換反應(yīng)器2的進(jìn)口管路之間設(shè)有第一蒸汽補(bǔ)入管路Dl。
[0044]從粉煤氣化裝置來(lái)的水煤氣進(jìn)入變換裝置，壓力約3.72MPa (g)、溫度約198°C，水氣比約為0.68。經(jīng)過(guò)粗煤氣過(guò)濾器4除油除塵過(guò)濾后，進(jìn)氣冷變換反應(yīng)器I的管程被管外催化劑層的氣體的反應(yīng)熱和顯熱加熱到?230°C，之后進(jìn)入預(yù)變換反應(yīng)器5，進(jìn)行煤氣的凈化和少量的CO變換反應(yīng)。
[0045]出預(yù)變換反應(yīng)器5的氣體溫度溫度?254°C，水氣比降低到0.62。通過(guò)調(diào)節(jié)閥加入水冷換熱變換反應(yīng)器2副產(chǎn)的3.8MPa(g)飽和蒸汽D1，使水氣比達(dá)到1.1，溫度降低到約249°C，進(jìn)入水冷換熱變換反應(yīng)器2內(nèi)進(jìn)行變換反應(yīng)。氣體從上向下軸向流過(guò)水冷換熱變換反應(yīng)器2內(nèi)的催化劑層。變換反應(yīng)熱由分布在催化劑層的螺旋管內(nèi)的鍋爐水蒸發(fā)副產(chǎn)蒸汽帶走，再去汽包3。
[0046]出水冷換熱變換反應(yīng)器2的反應(yīng)氣溫度?255°C，CO含量約0.64% (濕基)，進(jìn)入氣冷換熱變換反應(yīng)器I進(jìn)行深度的變換反應(yīng)。同時(shí)催化劑反應(yīng)溫度逐漸被冷管內(nèi)的煤氣冷卻到?220°C，此時(shí)出口反應(yīng)氣CO含量降低到?0.30% (濕基)。經(jīng)深度變換反應(yīng)后的反應(yīng)氣經(jīng)熱量回收、冷凝液回收后送后工段處理。
【權(quán)利要求】
1.一種合成氣CO組合變換裝置，包括水冷換熱變換反應(yīng)器、氣冷換熱變換反應(yīng)器和汽包，其特征在于:所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器內(nèi)有氣體換熱管束，所述的水冷換熱變換反應(yīng)器內(nèi)有水冷換熱管束，所述的水冷換熱管束與汽包連通，所述的汽包出口連接水冷換熱變換反應(yīng)器的進(jìn)口管，所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器的氣體換熱管束出口與水冷換熱變換反應(yīng)器殼程及氣冷換熱變換反應(yīng)器殼程前后依次連接，各反應(yīng)器內(nèi)均裝有變換催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的合成氣CO組合變換裝置，其特征在于，所述的裝置還包括預(yù)變換反應(yīng)器，所述的氣冷換熱變換反應(yīng)器的氣體換熱管束出口與預(yù)變換反應(yīng)器殼程、水冷換熱變換反應(yīng)器殼程及氣冷換熱變換反應(yīng)器殼程前后依次連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的合成氣CO組合變換裝置，其特征在于:所述的水冷換熱變換反應(yīng)器與氣冷換熱變換反應(yīng)器之間的管路上設(shè)有蒸汽補(bǔ)入口。
4.如權(quán)利要求1或2所述的合成氣CO組合變換裝置，其特征在于:所述的水冷換熱變換反應(yīng)器為水管反應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求4所述的合成氣CO組合變換裝置，其特征在于:所述的水冷換熱變換反應(yīng)器為繞管式水管反應(yīng)器。
6.如權(quán)利要求4所述的合成氣CO組合變換裝置，其特征在于:所述的水冷換熱變換反應(yīng)器為徑向水管反應(yīng)器。
【文檔編號(hào)】C10K3/04GK203568842SQ201320576321
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】姚澤龍, 樓韌, 樓壽林 申請(qǐng)人:杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司