CN112624045A - 一种自移热co变换工艺 - Google Patents

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任文珂
唐卫新
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Abstract

本发明提供一种自移热CO变换工艺，属于CO变换技术领域。所述工艺为将调节水气比后的原料粗合成气从下部进入自移热CO变换反应器，经反应器下部的气体分布器分布后进入设置于催化剂床层的换热管内，在换热管内从下而上流动进入反应器上部，从换热管出来的原料粗合成气在反应器顶部旋流混合后反转向下进入催化剂床层，从上往下穿过催化剂床层进行CO变换反应，反应放出的热量对换热管的原料粗合成气进行加热，变换气出催化剂床层进入反应器底部，并从反应器底部出气口送出。本发明工艺原料粗合成气不经预热而直接进入自移热CO变换反应器，在反应器内利用变换反应放出的部分热量加热原料粗合成气，原料气加热的同时控制了变换反应催化剂床层温度。

Description

一种自移热CO变换工艺
技术领域
本发明属于CO变换技术领域，具体为一种自移热CO变换工艺。
背景技术
CO变换用于调整合成气中的H2与CO比例，广泛运用于合成气制备。现有的CO变换工艺主要有绝热变换工艺和等温变换工艺。其中绝热变换工艺在高浓度CO条件下易发生反应超温，如干粉煤气化配套变换装置采用绝热变换工艺，其热点温度将超过500℃。等温变换工艺普遍采用锅炉给水移热副产蒸汽的方法，反应器的一侧介质为粗合成气(催化剂侧)，另一侧为锅炉给水。现有等温变换存在工艺余热回收等级低、设备加工制造困难且易内漏、副产蒸汽无法利用变换工艺余热进行过热处理等缺点。
开发CO变换新工艺，解决绝热变换工艺反应超温问题，同时实现高等级工艺余热的输出，降低设备制造难度，解决设备内漏问题，具有重要的工业推广价值。
发明内容
针对现有CO变换工艺存在的不足，本发明提供一种自移热CO变换工艺，采用自移热变换反应器，利用变换反应放出的热量预热原料气，使变换反应放出的热量部分被移走，以降低催化剂床层温度，避免反应超温。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种自移热CO变换工艺，所述工艺为将调节水气比后的原料粗合成气从下部进入自移热CO变换反应器，经反应器下部的气体分布器分布后进入设置于催化剂床层的换热管内，在换热管内从下而上流动进入反应器上部，从换热管出来的原料粗合成气在反应器顶部旋流混合后反转向下进入催化剂床层，从上往下穿过催化剂床层进行CO变换反应，反应放出的热量对换热管内的原料粗合成气进行加热，变换气出催化剂床层进入反应器底部，并从反应器底部出气口送出。
进一步，从反应器出气口送出的变换气依次经蒸汽过热器、废热锅炉逐级高效回收变换反应的工艺余热。
进一步，原料粗合成调节水气比后，无需经过预热处理而直接进入自移热CO变换反应器。
进一步，所述自移热CO变换反应器包括筒体，筒体下部设置有进气口，底部设置有出气管；筒体内设置有催化剂床层，催化剂床层与筒体顶部形成混合区，催化剂床层内设置有换热管，换热管底部连通有气体分布器，气体分布器与进气口连通。
进一步，所述换热管为多根，且为薄壁管。
进一步，所述气体分布器固定在自移热CO变换反应器筒体内。
进一步，所述原料粗合成气中CO含量为50％～75％；所述变换气CO含量为45％以下，CO含量以干基摩尔计。
进一步，所述催化剂床层中装填有Co-Mo系耐硫变换催化剂或Fe-Cr系变换催化剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、原料粗合成气不经预热而直接进入自移热CO变换反应器，在反应器内利用变换反应放出的部分热量加热原料粗合成气，实现原料气加热的同时控制了变换反应催化剂床层的热点温度，同时节省了现有工艺的变换反应器入口换热器。
2、自移热变换反应器送出的变换气工艺余热等级高，可以用于过热和副产高等级蒸汽，提高装置的运行经济性；
3、自移热CO变换反应器内的换热管为薄壁管，两侧承压采用压差型设计(即管壁厚度无需考虑管内外两侧介质的压力)，设备制造简单，投资低，且不存在内漏风险。
附图说明
图1为自移热CO变换工艺的流程示意图；
附图标记：1-筒体，2-进气口，3-催化剂床层，4-换热管，5-气体分布器，6-出气口。
具体实施方式
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。
实施例1
本实施例自移热CO变换反应器具体结构如图1所示，包括筒体1，筒体1下部设置有进气口2，底部设置有出气管；筒体1内设置有催化剂床层3，催化剂床层3与筒体1顶部形成混合区，催化剂床层3内设置有换热管4，换热管4底部连通有气体分布器5，气体分布器5与进气口2连通。
本实施例自移热CO变换反应器中，筒体1构成反应器的基础结构，进气口2实现原料粗合成气的进料，催化剂床层3实现CO变换反应，催化剂床层3内装填有实现CO变换反应的催化剂，催化剂采用Co-Mo系耐硫变换催化剂或Fe-Cr系变换催化剂；换热管4形成原料粗合成气的流通管道并实现换热(利用变化反应放出的热量对换热管4内部的原料粗合成气进行加热)；气体分布器5固定在自移热CO变换反应器筒体1内，将从进气口2进入的原料粗合成气分布到换热管4，为了提高CO变换及传热效率，换热管4设置有多根，且采用薄壁管，无需考虑管内外两侧介质的压力。
利用本实施例自移热CO变换反应器实现自移热CO变换工艺过程为：
进入自移热CO变换反应器的原料粗合成气(CO含量(干基，摩尔)介于50％～75％)首先进行水气比调节，可以根据原料粗煤气的组成和CO变换反应深度要求，或直接加入蒸汽提高水气比，或冷却分离部分水汽降低水气比。将调节水气比后的原料粗合成气(水气比介于0.2～1.5)从筒体1下部进气口2进入自移热CO变换反应器，经反应器下部的气体分布器5分布后进入设置于催化剂床层3的换热管4内，在换热管4内从下而上流动进入反应器上部，从换热管4出来的原料粗合成气在反应器顶部(催化剂床层3与筒体1顶部形成的混合区)旋流混合后反转向下进入催化剂床层3(催化剂采用Co-Mo系耐硫变换催化剂或Fe-Cr系变换催化剂)，从上往下穿过催化剂床层3进行CO变换反应，反应放出的热量对换热管4的原料粗合成气进行加热，变换气(CO含量(干基，摩尔)降低至45％以下)出催化剂床层3进入反应器底部，并从反应器底部出气口6送出。从反应器出气口6送出的变换气依次经蒸汽过热器、废热锅炉逐级高效回收变换反应的工艺余热。
以某项目为例，进入变换装置的原料粗合成气气量为192163Nm3/h(干基)，水气比0.8，温度200℃，压力3.7MPaG，各组分干基含量如下表1：
表1
组分 H<sub>2</sub> CO CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub>+Ar H<sub>2</sub>S
mol％(dry) 24.10％ 65.65％ 9.35％ 0.36％ 0.36％
采用本发明的自移热CO变换工艺，自移热CO变换反应器装填Co-Mo系耐硫变换催化剂，原料粗合成气不经预热而直接进入自移热CO变换反应器，出自移热CO变换反应器的变换气温度465℃，出口气体各组分干基含量如下表2：
表2
组分 H<sub>2</sub> CO CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub>+Ar H<sub>2</sub>S
mol％(dry) 48.09％ 13.56％ 37.98％ 0.25％ 0.25％
自移热CO变换反应器出口高温变换气依次通过中压蒸汽过热器、中压废锅回收高位工艺余热，可以副产4.2MPaG，420℃过热中压蒸汽42t/h。
若采用绝热CO变换工艺，绝热CO变换反应器装填Co-Mo系耐硫变换催化剂，原料粗合成气需预热至270℃后再进入绝热CO变换反应器，绝热CO变换反应器出口温度高达514℃，出口气体各组分干基含量如下表3：
表3
组分 H<sub>2</sub> CO CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub>+Ar H<sub>2</sub>S
mol％(dry) 46.91％ 16.14％ 36.57％ 0.25％ 0.25％
绝热CO变换反应器出口高温变换气依次通过中压蒸汽过热器、原料粗煤气预热器、中压废锅回收高位工艺余热，可以副产4.2MPaG，420℃过热中压蒸汽38t/h。
若采用等温CO变换工艺，等温CO变换反应器装填Co-Mo系耐硫变换催化剂，原料粗合成气需预热至270℃后再进入等温CO变换反应器，等温CO变换反应器出口温度约330℃，出口气体各组分干基含量如下表4：
表4
组分 H<sub>2</sub> CO CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub>+Ar H<sub>2</sub>S
mol％(dry) 51.27％ 5.50％ 36.30％ 0.41％ 0.21％
等温CO变换反应器出口变换气温度低，其副产中压蒸汽无法利用工艺余热进行过热处理。
相较绝热CO变换工艺，自移热CO变换工艺可以有效降低反应热点温度，特别是对于原料粗合成气含高浓度CO时，可避免绝热CO变换工艺热点温度高，催化剂使用寿命短，设备、管道选材要求高等问题，且取消了原料粗合成气预热器。相较等温CO变换工艺，自移热CO变换工艺其核心设备自移热CO变换反应器相比等温CO变换反应器设备制造简单，不存在反应器管壳程内漏风险，且工艺余热回收等级高，可以直接副产过热中压蒸汽。
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 (8)

1.一种自移热CO变换工艺，其特征在于，所述工艺为将调节水气比后的原料粗合成气从下部进入自移热CO变换反应器，经反应器下部的气体分布器分布后进入设置于催化剂床层的换热管内，在换热管内从下而上流动进入反应器上部，从换热管出来的原料粗合成气在反应器顶部旋流混合后反转向下进入催化剂床层，从上往下穿过催化剂床层进行CO变换反应，反应放出的热量对换热管内的原料粗合成气进行加热，变换气出催化剂床层进入反应器底部，并从反应器底部出气口送出。
2.如权利要求1所述一种自移热CO变换工艺，其特征在于，从反应器出气口送出的变换气依次经蒸汽过热器、废热锅炉逐级高效回收变换反应的工艺余热。
3.如权利要求1所述一种自移热CO变换工艺，其特征在于，所述原料粗合成气调节水气比后，无需经过预热处理而直接进入自移热CO变换反应器。
4.如权利要求1所述一种自移热CO变换工艺，其特征在于，所述自移热CO变换反应器包括筒体，筒体下部设置有进气口，底部设置有出气管；筒体内设置有催化剂床层，催化剂床层与筒体顶部形成混合区，催化剂床层内设置有换热管，换热管底部连通有气体分布器，气体分布器与进气口连通。
5.如权利要求4所述一种自移热CO变换工艺，其特征在于，所述换热管为多根，且为薄壁管。
6.如权利要求4所述一种自移热CO变换工艺，其特征在于，所述气体分布器固定在自移热CO变换反应器筒体内。
7.如权利要求1所述一种自移热CO变换工艺，其特征在于，所述原料粗合成气中CO含量为50％～75％；所述变换气CO含量为45％以下。
8.如权利要求1所述一种自移热CO变换工艺，其特征在于，所述催化剂床层中装填有Co-Mo系耐硫变换催化剂或Fe-Cr系变换催化剂。
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CN115259997A (zh) * 2022-08-29 2022-11-01 上海岚泽能源科技有限公司 一种自移热式二氧化碳加氢制甲醇合成工艺

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