变换气反应系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种一氧化碳变换系统，解决了现有一氧化碳变换系统复杂、流程长、系统温度控制不稳定、催化剂易失活的问题。技术方案包括粗包括依次连接的煤气分离器、煤气过滤器、蒸汽混合器和煤气预热器，所述蒸汽混合气经煤气预热器的管程或壳程与等温反应器连接，所述等温反应器再经煤气预热器的壳程或管程与绝热反应器连接。本实用新型专利技术系统流程极其简单、控制可靠、设备投资低、催化剂使用有寿命长、运行成本低、节能降耗、可副产高品位蒸汽。

【技术实现步骤摘要】
变换气反应系统
本技术涉及一种化工行业的变换系统，具体涉及一种变换气反应系统。
技术介绍
采用变换反应调整煤气中CO与H2的比例，从而制取化工产品如甲醇、合成氨、天然气等是煤化工中一个重要的途径。以合成氨为例，合成氨生产需要的原料气是氢气和氮气，而粗煤气一般含有较大量的CO，高者可达70%以上，需要将其与水反应转化成CO2与4。一氧化碳变换是粗煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，在变换反应器中与水蒸汽反应，生成二氧化碳和氢气的工艺过程。 变换反应属强放热反应，且是一个热力学控制的过程，工业上变换装置多采用绝热固定床反应器，这种反应流程一般配置多段反应器和多台换热设备，工艺路线长，系统阻力大，工程投资大，运行能耗高、低品位热能多但却不能有效利用，系统能耗高，反应器易飞温、催化剂容易高温失活等问题。
技术实现思路
本技术目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、控制可靠、设备投资低、运行成本低、节能降耗、催化剂使用寿命长、获得高品位蒸汽的一氧化碳变换系统。 本技术系统中，包括依次连接的煤气分离器、煤气过滤器、蒸汽混合器和煤气预热器，其特征在于，所述蒸汽混合气经煤气预热器的管程或壳程与等温反应器连接，所述等温反应器再经煤气预热器的壳程或管程与绝热反应器连接；其中，所述等温反应器包括壳体，所述壳体内的上段和下段分别设有上室布水器和下室布水器，所述上室布水器与下室布器之间经均匀布置的多根换热管连接，所述上室布水器与壳体顶部的水汽出口管连通，下室布水器与壳体底部的锅炉给水管连接，所述壳体顶部设有原料气进口、底部设有反应气出口管，所述壳体的中段填充有催化剂床层，反应室中心管位于壳体中段中心线位置且与反应气出口管连通。 所述反应室中心管下段均匀开有多个小孔，小孔孔径为0.1mm?20mm。 所述上室布水器位于上室支撑板内，所述上室支撑板距离壳体壁面具有环隙，所述混合气经环隙向下流入催化剂床层。 所述下室布水器位于下室支撑板内。 所述壳体上的水汽出口管均匀布置有2根，所述锅炉给水管均匀布置有2根。 所述水汽出口管与汽包的蒸汽管道连接，所述锅炉给水管与汽包的锅炉给水管道连接。 专利技术人改变了过去一氧化碳变换工艺采用多段绝热反应器及多台换热器串联的流程，改用一台恒温的等温反应器，同时为提高粗煤气的转化率，仅串联了一台低温绝热反应器，并对等温反应器的结构也进行了改进，主要表现在以下方面。 首先，专利技术人设置等温反应器串联低温绝热反应器来使粗煤气进行充分变换反应。通过设置等温反应器维持系统恒温在320?340°C，便于控制系统温度，有效防止系统升温，避免催化剂高温失活；设置串联的绝热反应器，保持系统低温控制在250?270°C，利用低温下绝热反应器内充分反应的原理，使系统内粗煤气充分反应，提高原料气转化率。 其次，专利技术人对等温反应器进行改进，通过向换热管内通入锅炉给水，可对等温反应器内的催化剂床层高效换热，移除变换反应热量，保证等温反应器内温度恒定，避免催化剂高温失活，同时副产高品位蒸汽，改变传统绝热多段变换反应流程，优化工艺流程，减少反应器及换热器的数量，节省装置投资，便于操作管理；通过设置下室布水器，使锅炉给水能均匀的进入每根换热管中，保证催化剂床层温度均匀，避免床层温度不均导致的催化剂失活，提高催化剂的使用寿命。 进一步的，将反应室中心管设置在壳体中段的中心线上，保证混合气以尽可能长的行程穿过催化剂床层与催化剂进行充分反应，然后再进入反应室中心管；在反应室中心管的下段管壁上均匀开有多个小孔，这样就可使混合气向催化剂床层中心集中的同时还增加了下行的路线才能由反应室中心管引出，提高催化反应的均匀性和系统的稳定性。小孔孔径为0.1mm?20mm,过大会造成原料气未充分进行催化反应就通过大孔离开系统,从而降低原料气转化率，也造成原料的浪费；过小会加大系统阻力降，使发生变换反应后的气体不能及时移出系统。 所述上室布水器和下室布水器可安装在对应的上室及下室支撑板内，所述上室支撑板距离壳体壁面具有一定环隙，起到为混合气导向作用，使混合气经环隙沿壳体壁面下行，从催化剂床层的周部向中部行进。 再次，专利技术人设置煤气预热器，利用等温反应器出口反应气与混合气换热，一方面升高混合气温度，提高等温反应器内初期反应速率，另一方面降低变换气温度以进入下段绝热反应器更充分地进行变换反应，达到合理利用能量的目的； 本技术系统仅有两级变换反应段，温度控制更为简单可靠，易于操作，设备紧凑、装置占地面积小、设备投资和运行成本低，一氧化碳变换效率高、同时副产高品位蒸汽，具有广阔的市场应用前景，尤其适用于高浓度一氧化碳的粗煤气变换系统，对粗煤气中的一氧化碳进行充分变换，变换效率高。 【附图说明】 图1为本技术系统流程图； 图2为本技术中等温反应器的结构示意图； 图3为等温反应器中热换管及布水器的立面图。 其中:A-煤气分离器、B-煤气过滤器、C-蒸汽混合器、D-煤气预热器、E-等温反应器、F-绝热反应器、G-汽包。 1-原料气进口、2-反应气出口管、3-锅炉给水进口管、4-水汽出口管、5-催化剂进口、6_催化剂出口、7-上室布水器、8-下室布水器、9-反应室中心管、10-环隙、11-上室支撑板、12-下室下支撑板、13-换热管、14-小孔、15-催化剂床层、16-壳体。 【具体实施方式】 下面结合附图对本技术作进一步解释说明: 煤气分离器A、煤气过滤器B、蒸汽混合器C和煤气预热器D，所述蒸汽混合气经煤气预热器D的管程或壳程与等温反应器E连接，所述等温反应器E再经煤气预热器D的壳程或管程与绝热反应器F连接； 等温反应器E的结构为包括壳体16，所述壳体16内的上段和下段分别设有安装上室支撑板11内的上室布水器7和安装在下室支撑板12内下室布水器8，所述上室支撑板11距离壳体16壁面具有环隙10，所述上室布水器7与下室布器8之间经均匀布置的多根换热管13连通，所述上室布水器7与壳体16顶部2根均匀布置的水汽出口管4连通，下室布水器8与壳体16底部2根均匀布置的锅炉给水管3连通，所述壳体16顶部还设有原料气进口 1，底部设有反应气出口管2，所述壳体16的中段填充有催化剂床层15，反应室中心管9的位于壳体16中段中心线位置且与反应气出口管2连通，所述反应室中心管9下段均匀有开有多个小孔14，小孔孔径为0.1mm?20mm，所述等温反应器的高径比为2.0:1?3.5:1。所述壳体上还设有与催化剂床层15连通的催化剂进口 5和催化剂出口 5。所述水汽出口管4与汽包G的蒸汽管道连接，所述锅炉给水进口管3与汽包G的锅炉给水管道连接。 工艺过程: 参见图1，粗煤气(温度165?260°C，压力3.0?6.5MPaG)经煤气分离器A气液分离后送入煤气过滤器B过滤出固体颗粒，过滤后的粗煤气(含尘量降至lmg/Nm3以下)，然后送入蒸汽混合器C中与蒸汽混合(所述蒸汽来自等温反应器E顶部引出的部分蒸汽)，粗煤气与蒸汽混合形成混合气送入煤气预热器D中与出等温反应器E的反应气换热升温至300-340°C，升温后的混合气送入等温反应器E进行反应，使粗煤气转化率达90%以上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变换气反应系统，包括依次连接的煤气分离器、煤气过滤器、蒸汽混合器和煤气预热器，其特征在于，所述蒸汽混合气经煤气预热器的管程或壳程与等温反应器连接，所述等温反应器再经煤气预热器的壳程或管程与绝热反应器连接；其中，所述等温反应器包括壳体，所述壳体内的上段和下段分别设有上室布水器和下室布水器，所述上室布水器与下室布器之间经均匀布置的多根换热管连接，所述上室布水器与壳体顶部的水汽出口管连通，下室布水器与壳体底部的锅炉给水管连接，所述壳体顶部设有原料气进口、底部设有反应气出口管，所述壳体的中段填充有催化剂床层，反应室中心管位于壳体中段中心线位置且与反应气出口管连通。

【技术特征摘要】
1.一种变换气反应系统，包括依次连接的煤气分离器、煤气过滤器、蒸汽混合器和煤气预热器，其特征在于，所述蒸汽混合气经煤气预热器的管程或壳程与等温反应器连接，所述等温反应器再经煤气预热器的壳程或管程与绝热反应器连接；其中，所述等温反应器包括壳体，所述壳体内的上段和下段分别设有上室布水器和下室布水器，所述上室布水器与下室布器之间经均匀布置的多根换热管连接，所述上室布水器与壳体顶部的水汽出口管连通，下室布水器与壳体底部的锅炉给水管连接，所述壳体顶部设有原料气进口、底部设有反应气出口管，所述壳体的中段填充有催化剂床层，反应室中心管位于壳体中段中心线位置且与反应气出口管连通。2.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗飞，唐凤金，汤连英，李繁荣，徐建民，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42