CN1043918A - 用于提高现有反应器中一氧化碳转化率的系统及如此获得的反应器 - Google Patents

用于提高现有反应器中一氧化碳转化率的系统及如此获得的反应器 Download PDF

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Abstract

催化转化一氧化碳为二氧化碳用反应器，经过方便的现场改造，使轴向流动型反应器变为基本上径向流动型，特别是轴向一径向流动型反应器。为达此目的，在传统的反应器壳体和床柱内至少插入一个沿其全长度穿孔的圆柱形外壁和一个最好沿其大部分长度穿孔的内壁。

Description

本发明涉及一种用于提高CO转化为CO2转化率的系统，具体地说，本发明涉及例如用来制备合成氨用气体且在下述反应器中进行的
反应中，提高转化率所用的系统，在所说的反应器中，至少有一个床是由适于轴向流动反应气体造成的压力降的大颗粒催化剂构成的床。
本发明还包括通过现场改造而得到的反应器。
制备合成氨用合成气（N2+H2的混合气）时的一种基本操作过程，是按下列化学反应进行的CO转化为CO2和H2的过程：
在目前合成氨生产工艺中，上述反应在大约30-40Kg/cm2压力下，分两个阶段进行，即：
-第一阶段在高温下进行，其中所说的气体于350-400℃温度下，在氧化铁催化剂上反应，CO从17-20mol%（折干计算）转化到残留3%（仍按折干计算）。
-第二阶段在低温下进行，即在约200-250℃温度下，铜基催化剂上反应。此阶段中，在给定的较低温度下，平衡朝CO转化的方向移动，可使CO残留量降到很低（接近0.3mol%，折干计算），从而有利于随后的净化处理（利用适当的溶剂洗涤除去CO2，并通过甲烷化反应或用液氮洗涤除去残留的CO）。
采用大型轴向流动转化反应器，在绝热操作条件下进行上述转化反应（正是由于放热反应，才使温度升高）。在轴向流动和涉及大量气体的情况下，反应器通常都不是满负荷的，并存在较大的压力降。
现在最广泛采用的催化剂，是具有中等或小粒度的片剂。小粒度催化剂（如6.4×3.2mm）的活性比中等粒度催化剂（如9.5×4.7mm）活性高。但在轴向流动催化剂床中，用小粒度催化剂容易产生较大的压力降，造成使用上的困难。
本发明目的在于提供这样一种系统，它不但能克服上述问题，而且能在传统的反应器中获得更高的CO转化为CO2的转化率。
本发明的另一目的是通过对传统反应器进行现场改造，得到一种能提高CO转化为CO2的转化率的反应器。
采用本发明系统可达到这些目的和其它目的。本发明系统的特征在于将轴向流动的反应气体在原反应器内改变成基本上径向流动，以减小压力降低，并可使用粒度较小的催化剂。
按照一种极简单方便的实施方案，在一现有反应器内插入两个沿高度基本上穿孔的园柱形壁，造成带环形限界的催化剂床。所说的两个壁中，最好有一个壁上有一段未穿孔部分，使气体进行轴向一径向流动。
应强调指出的是，现场改造氨合成或甲醇合成反应器用系统在本申请人的US4755362号专利中得到说明。但现场改造系统也可方便地适用于CO转化为CO2用反应器上这一点，却完全是非显而易见的。
此外，在本申请人的US4372920号专利中，描述了一种重新制造的轴向一径向流动反应器，即一种不能用现场改造现有反应器的方法获得的反应器。
本发明的各方面情况和优点，将通过下列一些优选但非限制性实施方案的介绍得到更详细地说明;所说的实施方案示于附图中。这些附图是沿所说反应器主纵轴线平面的局部示意图。为了直观地深入理解，图1示出的是一种传统反应器的粗示意图，而其它附图则详细说明本发明。
M是所说的现有轴向流动反应器的耐压壳体，这种壳体在本发明中不变。同样，（对照图2）入口U1（如CO入口）和U2（如水蒸汽入口）及穿过底部开孔14的反应后气体出口GR也未改变。
图1中，催化剂床LC由直接与壳体M内壁接触的、连续充满的催化剂C物质组成。在催化剂床顶部有一个自由表面GP，轴向流动的气体U1和气体U2与自由表面接触时，遭遇到较大的压力降。
按本发明进行现场改造上述现有轴向流动反应器的方法是：在该反应器内部放入（如通过入孔）一个收集器或一个穿孔的园柱形外壁Pe和一个收集器或一个园柱形内壁Pi，该内壁Pi上最好有一段高度为“h”的未穿孔的纵向部份ZNF。上述外壁Pe沿其纵向高度H都打上孔。在图2所示实施方案中，内壁Pi的形状像倒置的管TU，这样，进气按轴向流方式穿过高度为“h”的顶部区域ZNF，并以径向流方式穿过高度为“H”的大部分区域。
图3示出装有双催化剂床LC1和LC2的一种反应器，此反应器按和图2中单床同样的方法进行了现场改造。所以图3中设备的功能像两台分开的反应器。
图4示出另一种具体的实施方案，它包括一只中心管TU和一个处于Pi内的管状热交换器EX。
为便于理解本发明，有意删除了图2中可能装入的热交换器（可放入Pi内部）。
图4中，从U1和U2进入的新鲜反应气体沿壳体M和床柱CU之间的空隙流动（借以冷却M的内表面），然后沿EX的管道10、11内部向上流动（3′）（被在管10、11外部环绕的反应后气体GR预热），再分别从EX（3″）和出口30（3′″）流出。然后向下流经催化剂床LC，其间沿轴向流过未穿孔的较小部分ZNF，沿径向流过H-h区域（其中H是穿孔外壁Pe的高度）。
反应后气体GR汇集在Pi和EX之间的空隙20内，从该空隙底部向上流动（如已提到过的那样），冲击管10、11的外部后从14流出。由于气体基本上沿径向流动，所以催化剂C的粒度可以比较小。
我们试验了同样适用的一些类型的具体方案，如有或没有EX的，在整个Pi上穿孔且Pe也基本上穿孔的，使催化剂床LC与TU的接触部分较小的，等等，特别是根据US4372920和US4755362中的各种方案进行了试验，所以所示出的具体方案虽然可能是优选的，但必须将其视作说明性的和非限制性的。
外收集器Pe和内收集器Pi最好由几部分（如8块）组成，每块尺寸均能穿过入口，在壳体M和床柱CU内装配（焊接）。组成收集器的各部分最好由一片网和一片桥连孔板组成，如本申请人在上述专利中所述的。

Claims (7)

1、一种用于提高一氧化碳转化为二氧化碳转化率的系统，尤其是用于提高例如用于制备合成氨用气体的反应：H2O+CO-CO2+H2中一氧化碳转化为二氧化碳转化率的系统，上述反应在至少装有一个由适于轴向流动反应气体造成的压力降的大颗粒催化剂床内进行，其特征是，将现有的轴向流动反应气体在原位改变成基本上径向流动，从而减小压力降并可使用比过去所用催化剂粒度小的催化剂。
2、按照权利要求1所述的系统，其特征是，在现有反应器中插入两个沿其高度基本上穿孔的园柱形壁，这种壁使催化剂床处于环形边界之中。
3、按照权利要求2所述的系统，其特征是，所说的两个园柱形壁中的一个壁，在其高度方向上的小部分区域内不打孔，从而使气体沿轴向-径向流动。
4、一种基本上如所描述和展示的系统。
5、CO转化为CO2用反应器，该反应器是现场改造现有轴向流动反应器制成的，且至少包含一个催化剂床，其中反应气体流过该床时，基本上按径向流动方式流动，该催化剂床由两个基本上穿孔的园柱形壁限定边界并可填充粒度较小的催化剂。
6、按照权利要求5所述的反应器，其中在带有小部分未穿孔区域的直径较小的园柱形壁内的中心空间，装有一气体流通管。
7、按照权利要求6所述的反应器，其中在所说的中心管处装有一个气-气热交换器。
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