一种充分利用反应热的高浓度CO的耐硫变换装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种耐硫变换装置，具体涉及一种充分利用反应热的高浓度CO的耐硫变换装置。所述的耐硫变换装置，包括依次串联的两级变换反应器，一级变换反应器的催化剂床层分为上下两段，下段催化剂床层出口与二级变换反应器进口的管路上设置中压蒸汽发生器，中压蒸汽发生器通过管路分别与上下两段催化剂床层之间和蒸汽管网相连。本实用新型专利技术无须设置预反应器，能避免发生甲烷化反应的危险；既降温又提高了水气比，减少了系统的热负荷，CO转化率高；充分利用了反应器内变换反应所产生的热量，不仅不消耗蒸汽，还可以外供中压蒸汽；对不同煤种以及气化工艺的适应性强；操作灵活方便，提高了设备的生产能力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种耐硫变换装置，具体涉及一种充分利用反应热的高浓度CO的耐硫变换装置。
技术介绍
煤气化所产生的工艺煤气中，以Shell、GSP、东方炉、航天炉、BGL等为代表的粉煤气化工艺所产生的工艺气中CO的干基(扣除所含水分后的组成)组成大致为60% 75%。CO高达60%以上进入变换反应器，同样变换反应条件下，反应床层下部的反应温度一般会接近500°C，甚至超过530°C，这样就对反应器的材质提出了特殊的要求，增加了反应器的造价，也增大了装置操作的不安全性。目前解决高浓度CO变换超温的方法一种是采用高水气比降低床层温度，如把水气比(水与其它气体组分的摩尔比)提高到1. 8左右可以把床层下部的温度降至460°C以下；另一种是在主变换反应器之前增加一个预反应器，预变换反应产物经喷水降温或者换热降温后再进入主变换反应器，也需要额外增加设备；还有一种方法是第一变换反应器采用很低的水气比如0. 2 0. 4，来限制CO的转化率，但随着反应的进行水气比越来越低，在高温、低水气比下存在发生甲烷化反应的危险；而且目前粉煤气化基本上采用激冷流程，水气比为0. 8^1. 2，如果采用水气比为0. 2^0. 4的低水气比变换工艺，需要先把水气比降下来，进入后续变换之前再补加水或蒸汽。由以上可见，对于高浓度CO的变换系统，解决过热超温问题以及充分利用反应放出的热量，是降低操作费用、保证装置长周期稳定运行的关键。
技术实现思路
本技术的目的 是提供一种使变换反应所产生的热量得到充分利用的高浓度CO耐硫变换装置；既无须设置预反应器，节约设备投资；避免发生甲烷化反应的危险；又能够有效防止变换反应器床层温度过高；不仅不消耗蒸汽，还可以外供中压蒸汽。本技术所述的充分利用反应热的高浓度CO耐硫变换装置，包括依次串联的两级变换反应器，一级变换反应器的催化剂床层分为上下两段，下段催化剂床层出口与二级变换反应器进口的管路上设置中压蒸汽发生器，中压蒸汽发生器通过管路分别与上下两段催化剂床层之间和蒸汽管网相连。所述的下段催化剂床层出口与中压蒸汽发生器之间的管路上设置气气换热器，气气换热器与一级变换反应器的上段催化剂床层入口通过管路相连。所述的二级变换反应器出口的管路上设置气气换热器，气气换热器与一级变换反应器的上段催化剂床层入口通过管路相连。粉煤气化工艺所产生的工艺气的主要成分为C0、H2、C02和水，另外还有少量的N2、&5、0^、014等，其中CO的干基组成大致为60% 75%，水气比0. 15 1. 3，如=Shell气化后接废热锅炉水气比为0. 2左右，其它粉煤气化如果采用激冷工艺水气比为0. 8^1. 2。进入变换单元的气体压力一般为3. 5^6. 5MPa。变换反应(C0+H20 — C02+H2)是放热反应，随着反应的进行，催化剂床层温度逐渐升高。水是反应物，水气比大，有利于提高变换反应的转化率；同时由于水的比热比较大，因此水也是热的载体，水气比大有利于降低催化剂床层温度。水气比还对工艺气体进入催化剂床层的温度有影响，为防止液体水进入催化剂床层，一般要求入口温度比露点温度高200C以上；水气比越高，露点温度越高，相应要求床层入口温度越高。粉煤气化CO的干基组成一般在60%以上，水气比无论是0. 2左右，还是0. 8^1. 2，一级变换反应器的床层热点温度都在400°C以上，因此一级变换出口气体可以作为产生4.0MPa、250°C左右的中压蒸汽的热源，所产生的中压蒸汽可以引入变换反应器，提高变换反应的水气比。同时一级变换出口气体经中压蒸汽发生器(中压废热锅炉)后温度得以降低，有助于降低二级变换反应器入口温度。本技术将一级变换反应器的催化剂床层分为上下两段；把利用反应热产生的中压蒸汽引入到上下段催化剂床层之间，从而达到以下效果增加下段催化剂床层的水气t匕，水气比增大，有利 于提高变换反应的转化率；所加入中压蒸汽的温度低于工艺气的温度，降低了催化剂床层温度，防止了超温现象；中压蒸汽引入到上下段催化剂床层之间，不改变上段催化剂床层入口的水气比，对工艺气体进入催化剂床层的温度没有影响；避免了甲烷化等副反应的发生，低水气比、高温条件下C0、C02都能和H2发生强放热的甲烷化反应，而且一旦诱发，床层温度可能达到上千度，尤其是当进入变换单元的工艺气水气比比较低时，把中压蒸汽引入到上下段催化剂床层之间，在具备诱发甲烷化反应的条件之前，提高水气比、降低床层温度，保证装置的安全稳定运行。根据后续处理工艺的要求以及不同目标产品，所述变换反应可能需要一级或多级。如生产羰基合成气(制甲醇、乙二醇、费托合成油等的原料)、甲烷等，只需要部分CO进行变换反应，经过一级、最多两级变换就可以满足要求；以生产氢气为目的时，需要CO尽可能转化完全，需要经过三级、甚至四级变换反应。根据后续处理工艺的要求以及不同目标产品，一级变换产生的高温气体经过中压蒸汽发生器所产生的中压蒸汽的利用方式可以有多种选择。如以生产氢气为目的时，需要CO尽可能转化完全，这时中压蒸汽可以全部进入一级变换反应器的上下段之间，以尽可能提高一级变换反应下段以及二级、三级变换反应的水气比，提高反应的推动力，减少催化剂用量。生产羰基合成气(制甲醇、乙二醇、费托合成油等的原料)、甲烷等，只需要部分CO进行变换反应，原料工艺气中的水已经基本可以满足变换反应的需要，中压蒸汽发生器所产生的中压蒸汽可以部分进入一级变换反应器的上下段之间，起到控制下段催化剂床层温度的作用，其余送入蒸汽管网，供其它装置使用；当原料工艺气中的水已经可以满足变换反应的需要时，正常操作情况下，中压蒸汽可以全部送入蒸汽管网，只有当出现操作负荷低等非正常工况，需要降低床层温度时，把所产生的部分或全部中压蒸汽引入一级变换反应器的上下段之间，起到控制下段催化剂床层温度的作用。从气化单元来的工艺气，在进入变换反应器之前，优先选择先经过装有脱毒剂、吸附剂的容器，脱除工艺气中的灰分等杂质，对变换反应器中的催化剂起到保护作用。从气化单元来的工艺气，在进入装有脱毒剂、吸附剂的容器之前，优先选择先进行换热升温，使得工艺气的温度在其露点20°C以上；换热升温的热源为一级变换气或者二级变换气，即一级变换反应器的出口气体或二级变换反应器的出口气体。经过换热升温、净化后的原料煤气，首先进入一级变换反应器的上段催化剂床层进行变换反应，水/气比0. 15 1. 4、干气空速20001200( '入口温度19(T300°C。首选不调整从气化单元来的工艺气的水气比，如=Shell气化后接废热锅炉水气比为0. 2左右，其它粉煤气化如果采用激冷工艺水气比为0. 8^1. 2 ;如果目标产品(合成甲醇等)不需要高的水气比，也可以把从气化单元来的工艺气先经过废热锅炉，适当降低水气比。入口温度为相应压力、水气比状态下工艺气露点20°C以上。一级变换反应器上段催化剂床层出口气体与加入的水蒸汽在上下段催化剂床层之间混合后进入一级变换反应器下段催化剂床层；下段催化剂床层入口的工艺条件水/气比0. 2 0. 8、干气空速2000 12000h \入口温度260 400°C。所述上段催化剂床层催化剂装填量占一级变换反应器催化剂总装填量的2(T80%，优选35本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充分利用反应热的高浓度CO耐硫变换装置，包括依次串联的变换反应器，其特征在于：一级变换反应器的催化剂床层分为上下两段，下段催化剂床层出口与二级变换反应器进口的管路上设置中压蒸汽发生器，中压蒸汽发生器通过管路分别与上下两段催化剂床层之间和蒸汽管网相连。

【技术特征摘要】
1.一种充分利用反应热的高浓度CO耐硫变换装置，包括依次串联的变换反应器，其特征在于一级变换反应器的催化剂床层分为上下两段，下段催化剂床层出口与二级变换反应器进口的管路上设置中压蒸汽发生器，中压蒸汽发生器通过管路分别与上下两段催化剂床层之间和蒸汽管网相连。2.根据权利要求1所述的充分利用反应热的高浓度CO耐硫变换装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高步良，程玉春，邓建利，李海洋，王龙江，
申请(专利权)人：山东齐鲁科力化工研究院有限公司，
类型：实用新型
国别省市：