CN108773833A - 一种节省投资的绝热耐硫变换装置及变换工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节省投资的绝热耐硫变换装置，包括进出口换热器、脱毒槽、耐硫变换反应器、蒸汽过热器以及变换气废锅，所述进出口换热器包括低温段和高温段，所述耐硫变换反应器包括壳体和内部保护筒，所述壳体与内部保护筒之间形成有环隙，所述脱毒槽与耐硫变换反应器的环隙相连，所述耐硫变换反应器的环隙与进出口换热器相连。本发明通过将原料气进出口换热器分为低温段和高温段，低温段出口气经过脱毒后，进入耐硫变换反应器的环隙保护壳体，然后进入进出口换热器的高温段，进一步预热后进入耐硫变换反应器发生耐硫变换反应，从而可以大大降低耐硫变换反应器的壳体设计温度，既减小反应器壁厚，又可降低反应器材料选用等级，从而可有效降低设备的投资。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，特别涉及一种可应用于煤制合成氨、甲醇、天然气、乙二醇、制氢等煤制合成气相关的绝热耐硫变换装置及变换工艺。
背景技术
在绝热耐硫变换装置中，耐硫变换反应器是其最为核心的设备，该设备中装填有比较昂贵的耐硫变换催化剂，进该设备的原料气将在催化剂的作用下，主要发生如下反应：
CO+H2O=CO2+H2
上述反应是强放热反应，反应器入口原料气操作温度虽然不算高（通常为200～310℃），但反应器的床层温度高达约420℃（催化剂初期）～450℃（催化剂末期），为充分利用此高温热源，反应器型式通常采用绝热式，一般反应器出口接中压蒸汽过热器，将饱和蒸汽变为过热蒸汽，以提高蒸汽品质，从而使全厂热量利用更为合理。通常绝热耐硫变换反应器外壳的设计温度高达470～480℃，而设备设计压力通常在4.4～9.7MPa，在如此高的设计压力和设计温度下，反应器的壁厚将很厚，板材的采购和加工非常困难，设备材质要求高，设备投资也高，且设备的热量损失也大。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种能够在维持现有高效热量利用的前提下，有效降低设备投资的绝热耐硫变换装置及变换工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：一种节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：包括进出口换热器、脱毒槽、耐硫变换反应器、蒸汽过热器以及变换气废锅，所述进出口换热器包括低温段和高温段，所述低温段设置有原料气进口、低温原料气出口和变换气出口，所述低温段的低温原料气出口与脱毒槽的进口相连，所述耐硫变换反应器包括壳体和内部保护筒，所述壳体与内部保护筒之间形成有环隙，所述脱毒槽的出口与耐硫变换反应器的环隙相连，所述耐硫变换反应器的环隙与进出口换热器的高温段进口相连，所述高温段的高温原料气出口与内部保护筒的高温原料气入口相连，并在内部保护筒内进行耐硫变化反应，所述内部保护筒的高温变换气出口与蒸汽过热器相连，所述蒸汽过热器与进出口换热器连接，用于对进出口换热器内的原料气进行预热，所述进出口换热器与变换气废锅连接。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其在所述耐硫变换反应器的下部封头设置有与环隙连通的低温原料气入口，在所述耐硫变换反应器的上部封头设置有与环隙连通的保护气出口，在所述耐硫变换反应器的低温原料气入口主管线上设置有第一阀，副线上设置有第二阀，所述第二阀设置有最小限位，所述第一阀和第二阀并联。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其所述进出口换热器的低温段和高温段组合在一个设备内，或者所述低温段和高温段分别为两个独立的设备。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其所述进出口换热器的原料气进口的旁路与脱毒槽的进口连接，用于调节脱毒槽入口气的温度。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其所述脱毒槽出口的旁路与耐硫变换反应器上部封头的保护气出口管线上的旁路连接，用于调节耐硫变换反应器的环隙保护气气量。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其在所述内部保护筒顶部设置有气体分布器，所述气体分布器与高温原料气入口连通，在所述内部保护筒内设置有催化剂床层，反应后的气体进入气体收集器，所述气体收集器与高温变换气出口连通。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其在所述内部保护筒内设置有轴向催化剂床层，在所述轴向催化剂床层中装填有耐硫变换催化剂，在所述轴向催化剂床层上、下端装填有耐火球，所述气体收集器设置在内部保护筒底部。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其在所述内部保护筒内设置有径向催化剂床层，在所述径向催化剂床层中装填有耐硫变换催化剂，在所述径向催化剂床层中间设置有与径向催化剂床层对应连通的气体收集器，所述气体收集器上端为封闭结构，其下端与高温变换气出口连通。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其在所述径向催化剂床层中采用分段装填催化剂，其上段装填保护剂或没有活性的催化剂，下段装填耐硫变换催化剂，在所述径向催化剂床层下端装填有耐火球。
本发明所述的节省投资的绝热耐硫变换装置的变换工艺，其特征在于：原料气首先进入进出口换热器的低温段，经初步预热后得到原料气A；
原料气A进入脱毒槽，脱除原料气中的毒物，得到原料气B；
原料气B通过低温原料气入口送入耐硫变换反应器的环隙，保护耐硫变换反应器的壳体后，通过耐硫变换反应器上部封头的保护气出口送入进出口换热器的高温段，经进一步预热后得到原料气C；
原料气C通过高温原料气入口进入耐硫变换反应器顶部入口气体分布器，经分布后，流过耐硫变换反应器的催化剂床层，发生耐硫变换反应，得到高温变换气D；
高温变换气D通过高温变换气出口出耐硫变换反应器，然后进入蒸汽过热器提高蒸汽品位后，得到变换气E；
变换气E送入进出口换热器，先进入高温段，再进入低温段，用作原料气的预热热源，得到变换气F；
变换气F再进入变换气废锅，副产中压蒸汽后得到变换气G，变换气G送下游装置进一步处理。
本发明通过将原料气进出口换热器分为低温段和高温段，低温段出口气经过脱毒后，进入耐硫变换反应器的环隙保护壳体，然后进入进出口换热器的高温段，进一步预热后进入耐硫变换反应器发生耐硫变换反应，从而可以大大降低耐硫变换反应器的壳体设计温度，既减小反应器壁厚，又可降低反应器材料选用等级，进出口换热器也可采用差压设计，从而可有效降低设备的投资。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明中具有轴向催化剂床层的耐硫变换反应器结构示意图。
图3是本发明中具有径向催化剂床层的耐硫变换反应器结构示意图。
图中标记：1为进出口换热器，1a为低温段，1b为高温段，2为脱毒槽，3为耐硫变换反应器，4为蒸汽过热器，5为变换气废锅，6为环隙，7为高温原料气入口，8为高温变换气出口，9为低温原料气入口，10为保护气出口，11为第一阀，12为第二阀，13为气体分布器，14为催化剂床层，14a为轴向催化剂床层，14b为径向催化剂床层，15为气体收集器，16为耐火球，17为壳体，18为内部保护筒。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种节省投资的绝热耐硫变换装置，包括进出口换热器1、脱毒槽2、耐硫变换反应器3、蒸汽过热器4以及变换气废锅5，所述进出口换热器1包括低温段1a和高温段1b，所述进出口换热器1的低温段1a和高温段1b组合在一个设备内，或者所述低温段1a和高温段1b分别为两个独立的设备。所述低温段1a设置有原料气进口、低温原料气出口和变换气出口，所述低温段1a的低温原料气出口与脱毒槽2的进口相连，所述耐硫变换反应器3包括壳体17和内部保护筒18，所述壳体17与内部保护筒18之间形成有环隙6，所述脱毒槽2的出口与耐硫变换反应器3的环隙6相连，所述耐硫变换反应器3的环隙6与进出口换热器1的高温段1b进口相连，所述高温段1b的高温原料气出口与内部保护筒18的高温原料气入口7相连，并在内部保护筒18内进行耐硫变化反应，所述内部保护筒18的高温变换气出口8与蒸汽过热器4相连，所述蒸汽过热器4与进出口换热器1连接，用于对进出口换热器1内的原料气进行预热，所述进出口换热器1与变换气废锅5连接。
其中，在所述耐硫变换反应器3的下部封头设置有与环隙6连通的低温原料气入口9，在所述耐硫变换反应器3的上部封头设置有与环隙6连通的保护气出口10，在所述耐硫变换反应器3的低温原料气入口9主管线上设置有第一阀11，副线上设置有第二阀12，所述第二阀12设置有最小限位，可以保证低温气体连续流过反应器环隙，所述第一阀11和第二阀12并联；所述进出口换热器1的原料气进口的旁路与脱毒槽2的进口连接，用于调节脱毒槽2入口气的温度；所述脱毒槽2出口的旁路与耐硫变换反应器3上部封头的保护气出口10管线上的旁路连接，用于调节耐硫变换反应器3的环隙保护气气量。
如图2和3所示，在所述内部保护筒18顶部设置有气体分布器13，所述气体分布器13与高温原料气入口7连通，在所述内部保护筒18内设置有催化剂床层14，反应后的气体进入气体收集器15，所述气体收集器15与高温变换气出口8连通。
如图2所示，在所述内部保护筒18内设置有轴向催化剂床层14a，在所述轴向催化剂床层14a中装填有耐硫变换催化剂，在所述轴向催化剂床层14a上、下端装填有耐火球16，所述气体收集器15设置在内部保护筒18底部。
如图3所示，在所述内部保护筒18内设置有径向催化剂床层14b，在所述径向催化剂床层14b中装填有耐硫变换催化剂，在所述径向催化剂床层14b中间设置有与径向催化剂床层14b对应连通的气体收集器15，所述气体收集器15上端为封闭结构，其下端与高温变换气出口8连通。
其中，在所述径向催化剂床层14b中采用分段装填催化剂，其上段装填保护剂或没有活性的催化剂，下段装填耐硫变换催化剂，在所述径向催化剂床层14b下端装填有耐火球16。
本发明的耐硫变换反应器既具有一般绝热耐硫变换反应器的优点，又通过保护环隙、底部入口低温原料气口、顶部保护气口、顶部预热后原料气口的设置，克服了常规绝热耐硫变换反应器的缺点，使低温原料气首先连续流过反应器环隙，再经进出口换热器进一步预热后进入轴向或径向催化剂床层发生反应，从而可以将反应器外壳的设计温度降低，在设备壁厚减薄的同时，也可降低设备选材等级，从而可大大降低设备投资，使设备的操作条件也更加温和，热损失也更小。
如图1所示，本发明的绝热耐硫变换工艺，具体为：原料气首先进入进出口换热器的低温段，经初步预热后得到原料气A。
原料气A进入脱毒槽，脱除原料气中的毒物，得到原料气B。
原料气B通过低温原料气入口送入耐硫变换反应器的环隙，保护耐硫变换反应器的壳体后，通过耐硫变换反应器上部封头的保护气出口送入进出口换热器的高温段，经进一步预热后得到原料气C。
原料气C通过高温原料气入口进入耐硫变换反应器顶部入口气体分布器，经分布后，流过耐硫变换反应器的催化剂床层，发生耐硫变换反应，得到高温变换气D。
高温变换气D通过高温变换气出口出耐硫变换反应器，然后进入蒸汽过热器提高蒸汽品位后，得到变换气E。
变换气E送入进出口换热器，先进入高温段，再进入低温段，用作原料气的预热热源，得到变换气F。
变换气F再进入变换气废锅，副产中压蒸汽后得到变换气G，变换气G送下游装置进一步处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：包括进出口换热器（1）、脱毒槽（2）、耐硫变换反应器（3）、蒸汽过热器（4）以及变换气废锅（5），所述进出口换热器（1）包括低温段（1a）和高温段（1b），所述低温段（1a）设置有原料气进口、低温原料气出口和变换气出口，所述低温段（1a）的低温原料气出口与脱毒槽（2）的进口相连，所述耐硫变换反应器（3）包括壳体（17）和内部保护筒（18），所述壳体（17）与内部保护筒（18）之间形成有环隙（6），所述脱毒槽（2）的出口与耐硫变换反应器（3）的环隙（4）相连，所述耐硫变换反应器（3）的环隙（6）与进出口换热器（1）的高温段（1b）进口相连，所述高温段（1b）的高温原料气出口与内部保护筒（18）的高温原料气入口（7）相连，并在内部保护筒（18）内进行耐硫变化反应，所述内部保护筒（18）的高温变换气出口（8）与蒸汽过热器（4）相连，所述蒸汽过热器（4）与进出口换热器（1）连接，用于对进出口换热器（1）内的原料气进行预热，所述进出口换热器（1）与变换气废锅（5）连接。
2.根据权利要求1所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：在所述耐硫变换反应器（3）的下部封头设置有与环隙（6）连通的低温原料气入口（9），在所述耐硫变换反应器（3）的上部封头设置有与环隙（6）连通的保护气出口（10），在所述耐硫变换反应器（3）的低温原料气入口（9）主管线上设置有第一阀（11），副线上设置有第二阀（12），所述第二阀（12）设置有最小限位，所述第一阀（11）和第二阀（12）并联。
3.根据权利要求1所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：所述进出口换热器（1）的低温段（1a）和高温段（1b）组合在一个设备内，或者所述低温段（1a）和高温段（1b）分别为两个独立的设备。
4.根据权利要求1所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：所述进出口换热器（1）的原料气进口的旁路与脱毒槽（2）的进口连接，用于调节脱毒槽（2）入口气的温度。
5.根据权利要求4所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：所述脱毒槽（2）出口的旁路与耐硫变换反应器（3）上部封头的保护气出口（10）管线上的旁路连接，用于调节耐硫变换反应器（3）的环隙保护气气量。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：在所述内部保护筒（18）顶部设置有气体分布器（13），所述气体分布器（13）与高温原料气入口（7）连通，在所述内部保护筒（18）内设置有催化剂床层（14），反应后的气体进入气体收集器（15），所述气体收集器（15）与高温变换气出口（8）连通。
7.根据权利要求6所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：在所述内部保护筒（18）内设置有轴向催化剂床层（14a），在所述轴向催化剂床层（14a）中装填有耐硫变换催化剂，在所述轴向催化剂床层（14a）上、下端装填有耐火球（16），所述气体收集器（15）设置在内部保护筒（18）底部。
8.根据权利要求6所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：在所述内部保护筒（18）内设置有径向催化剂床层（14b），在所述径向催化剂床层（14b）中装填有耐硫变换催化剂，在所述径向催化剂床层（14b）中间设置有与径向催化剂床层（14b）对应连通的气体收集器（15），所述气体收集器（15）上端为封闭结构，其下端与高温变换气出口（8）连通。
9.根据权利要求8所述的节省投资的绝热耐硫变换装置，其特征在于：在所述径向催化剂床层（14b）中采用分段装填催化剂，其上段装填保护剂或没有活性的催化剂，下段装填耐硫变换催化剂，在所述径向催化剂床层（14b）下端装填有耐火球（16）。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的节省投资的绝热耐硫变换装置的变换工艺，其特征在于：原料气首先进入进出口换热器的低温段，经初步预热后得到原料气A；
原料气A进入脱毒槽，脱除原料气中的毒物，得到原料气B；
原料气B通过低温原料气入口送入耐硫变换反应器的环隙，保护耐硫变换反应器的壳体后，通过耐硫变换反应器上部封头的保护气出口送入进出口换热器的高温段，经进一步预热后得到原料气C；
原料气C通过高温原料气入口进入耐硫变换反应器顶部入口气体分布器，经分布后，流过耐硫变换反应器的催化剂床层，发生耐硫变换反应，得到高温变换气D；
高温变换气D通过高温变换气出口出耐硫变换反应器，然后进入蒸汽过热器提高蒸汽品位后，得到变换气E；
变换气E送入进出口换热器，先进入高温段，再进入低温段，用作原料气的预热热源，得到变换气F；
变换气F再进入变换气废锅，副产中压蒸汽后得到变换气G，变换气G送下游装置进一步处理。
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Patent Citations (4)
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