CN203568842U - 一种合成气co组合变换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种合成气CO组合变换装置，包括气冷变换反应器、水冷换热变换反应器和汽包，所述的气冷换热变换反应器内有气体换热管束，所述的水冷换热变换反应器内有水冷换热管束，所述的水冷换热管束与汽包连通，所述的汽包出口连结水冷变换反应器的进口管，所述的气冷换热变换反应器的气体换热管束出口与水冷换热变换反应器壳程及气冷换热变换反应器壳程前后依次连接，各反应器内均装有变换催化剂。本实用新型装置中的气冷换热变换反应器既能降低深度变换的反应温度，同时又相当于一台换热器，减少设备投资，同时装置中反应热副产中压蒸汽，满足变换反应需要，减少或不需外供蒸汽，且可外送蒸汽需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及化学工程技术领域，尤其涉及一种合成气CO组合变换装置。
背景技术
由各种原料和方法制得的粗合成气中，CO含量普遍高于生产各种化工产品所需的含量，例如煤制气中CO可高达70％(干基)以上，而生产合成氨的合成气中CO需低达<10ppm，为此需根据生产产品的要求把大量CO变换成H2，使其符合合成气H2、CO比例要求，例如合成甲醇氢碳比约为2，合成甲烷制天然气氢碳比为3，CO变换反应如下：CO+H2O(汽)＝H2+CO2+Q。这是一个可逆放热反应，放出的反应热使反应温度升高，CO平衡转化率降低，不能达到转化率要求。
现有的CO变换一般通过反应气多次冷却的多个绝热变换反应器完成，按变换温度的不同，有高温变换、中温变换(在350～500℃下变换、使用Cr2O3系催化剂)和低温变换(在180～250℃下变换、使用铜系催化剂)，对含硫化物的煤气则用钴钼耐硫宽温变换催化剂(200～470℃)。
CO变换需要水汽，合成气中水汽和干合成气之比俗称水气比。水气比高，一则会发生反硫化反应：MoS2+2H2O=MoO2+2H2S，使钴钼催化剂失活，二则若水汽含量过高，低于露点温度的蒸汽又会冷凝成液态，使催化剂强度降低而粉化。而水气比低，一则不利于提高CO变换率，二则高温下还会发生甲烷化反应：CO+3H2＝CH4+H2O，这一强放热反应易烧坏催化剂，对合成气生产氨、甲醇而言，所生成的CH4是惰性气白白消耗大量有用的CO、H2气，故多段绝热变换存在流程长、设备多、能耗高、投资大的不足。
为此，近年开发了等温变换技术，如名为等温低温O变换反应器(CN101721956)以设有多根悬置换热水管为主，吸收管外变换反应热副产蒸汽，副产蒸汽出反应器到汽包后，又进入变换反应器中的倒置U形管吸收反应热、提高蒸汽温度后，与未反应气混合进入催化剂层进行变换反应，该技术已在工 业装置上成功实施，取得比前述多个绝热反应器串联变换更好的效果，但该技术反应器结构复杂，换热效果欠强，催化剂装卸不方便，且反应温度较高，对应的平衡常数降低，对于用于氨合成气CO含量要求低的要求，需增加催化剂用量大、提高水气比。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供了一种合成气CO组合变换装置，它可以在反应过程中，持续反应放热，持续通过另外介质将反应热移出，维持反应在低温下进行。
一种合成气CO组合变换装置，包括气冷换热变换反应器、水冷换热变换反应器和汽包，所述的气冷换热变换反应器内有气体换热管束，所述的水冷换热变换反应器内有水冷换热管束，所述的水冷换热管束与汽包连通，所述的汽包出口连接水冷换热变换反应器的进口管，所述的气冷换热变换反应器的气体换热管束出口与水冷换热变换反应器壳程及气冷换热变换反应器壳程前后依次连接，各反应器内均装有变换催化剂。
上述装置运行时，含CO的低温合成气，先经过气冷换热反应器管程被管外的催化剂层内气体预热，控制管外催化剂的温度。换热后的气体通过补加蒸汽调节水气比后，先进入水冷换热变换反应器，将大部分的CO进行变换反应，同时反应热副产蒸汽。之后出水冷换热反应器再进入气冷换热反应器的壳程，在催化剂层内进行深度的CO变换反应，边反应边换热，降低底部催化剂温度，促进CO变换反应的进行。
作为一种优选，所述的装置还包括预变换反应器，所述的气冷换热变换反应器的气体换热管束出口与预变换反应器壳程、水冷换热变换反应器壳程及气冷换热变换反应器壳程前后依次连接。低温合成器经气冷换热变换反应器预热后进入预变换反应器中，进行少量的变换反应，再通过补加蒸汽调节水气比，之后反应气依次进入水冷换热变换反应器、气冷换热变换反应器进行变换反应。
本实用新型的组合装置有2台关键反应设备，第一台为水冷等温变换反应器，其工艺特点是采用饱和锅炉水对变换反应器移热，同时副产中压蒸汽。第二台为气冷换热变换反应器，采用低温合成气为移热介质，对变换反应器移热。
所述的水冷换热变换反应器与气冷换热变换反应器之间的管路上设有蒸汽 补入口。
所述的水冷换热变换反应器为水管反应器，优选为绕管式水管反应器。
所述的水冷换热变换反应器进一步优选为径向水管反应器，即反应气在水冷换热变换反应器内径向流动。
采用上述装置实现的合成气CO组合变换方法如下：
一种合成气CO组合变换方法，合成气中的CO先后经水冷换热变换和气冷换热变换，低温合成气先与气冷换热变换中的反应气换热，然后经水冷换热变换反应，并副产蒸汽，之后反应气去气冷换热变换进一步进行CO的深度变换反应，同时对低温合成气进行加热，经深度变换反应后的反应气经热量回收、冷凝液回收后送后工段处理；所述的水冷换热变换的副产蒸汽一部分与合成气混合后进水冷换热变换，其余部分蒸汽外送；或者蒸汽全部外送。
作为一种优选，所述的合成气CO组合变换方法还包括绝热变换，所述的低温合成气先与气冷换热变换中的反应气换热，然后去绝热变换进行预变换反应，再去水冷换热变换反应，并副产蒸汽，之后反应气去气冷换热变换进一步进行CO的深度变换反应，并对低温合成气进行加热，经深度变换反应后的反应气经热量回收、冷凝液回收后送后工段处理；所述的水冷换热变换的副产蒸汽一部分与绝热变换后的合成气混合后进水冷换热变换，其余部分蒸汽外送；或者全部蒸汽外送。
作为一种优选，所述的水冷换热变换反应之后的反应气中补入蒸汽。
上述补加蒸汽时的水气比要求可根据实际工程条件计算。
所述的水冷换热变换和气冷换热变换中，反应器在催化剂上进行变换反应时，气体温度高于露点温度20～30℃。
所述的合成气为硫化物含量高的合成气时，水冷换热变换、气冷换热变换和绝热变换均采用Co-Mo耐硫催化剂。
所述的水冷换热变换副产的蒸汽的压力高于反应气压力。所述的水冷换热变换通过换热管内的水蒸发副产蒸汽来移走反应热，一般水汽化温度要比反应温度低5～20℃，调节维持反应温度，达到控制水的蒸发压力高于反应气压力，使系统自产蒸汽可补回水冷换热变换之前的反应气中。
所述的气冷换热变换的出口温度低于平衡温距5～19℃。
本实用新型方法和装置具有以下特点：
1)气冷换热变换反应器既能降低深度变换的反应温度，同时又相当于一台换热器，减少设备投资。
2)末段反应温度更低，平衡常数大，减少催化剂用量。
3)反应在低温(210～260℃之间)进行，需要的水气比低，消耗蒸汽少，后续的冷凝液少，冷凝液处理流程缩短和设备减少。
4)反应热副产中压蒸汽，满足变换反应需要，减少或不需外供蒸汽，且可外送蒸汽需要。
5)可以适用于不同CO含量的煤气和不同变化率变换反应。
附图说明
图1是本实用新型装置的示意图，其中汽包出口管路与水冷换热变换反应器进口管路之间设有补入蒸汽管路。
图2是本实用新型装置的另一种方案的示意图，其中汽包出口管路与水冷换热变换反应器进口管路之间设有补入蒸汽管路，汽包出口管路与水冷换热变换反应器出口管路之间设有补入蒸汽管路。
图3是本实用新型装置的另一种方案的示意图，其中还包括预变换反应器，汽包出口管路与水冷换热变换反应器进口管路之间设有补入蒸汽管路。
图4是本实用新型装置的另一种方案的示意图，其中还包括预变换反应器，汽包出口管路与水冷换热变换反应器进口管路之间设有补入蒸汽管路，其中水冷换热变换反应器为径向水管反应器，催化剂装在管间。
图5是本实用新型装置的一种实施方式的示意图。
图6是本实用新型装置实施的一种流程示意图。
图7是本实用新型装置实施的另一种方案的流程示意图，其中还包括绝热变换，水冷换热变换前后均有补入蒸汽，水冷换热变换前的补入蒸汽来自汽包，水冷换热变换后的补入蒸汽来自外供。
图8是本实用新型装置实施的另一种方案的流程示意图，其中还包括绝热变换，水冷换热变换前后均有补入蒸汽，补入蒸汽均来自汽包。
附图标记说明：
1-气冷换热变换反应器 2-水冷换热变换反应器 ３-汽包
4-粗煤气过滤器 5-预变换反应器 D1-第一蒸汽补入管路
D2-蒸汽排放管路 D3-第二蒸汽补入管路
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的进行详细的描述。
实施例1
采用如图5所示的装置，该装置包括依次连接的粗煤气过滤器4、气冷换热变换反应器1、预变换反应器5和水冷换热变换反应器2，粗煤气过滤器4的气体出口与气冷换热变换反应器1的管程进口连接，气冷换热变换反应器1的管程出口与预变换反应器5的进口连接，预变换反应器5的出口与水冷换热变换反应器2的壳程进口连接，水冷换热变换反应器2的壳程出口与气冷换热变换反应器1的壳程进口连接，所述的水冷换热变换反应器2的管程两端分别连接汽包3的进出口，汽包3的蒸汽出口与水冷换热变换反应器2的进口管路之间设有第一蒸汽补入管路D1。
从粉煤气化装置来的水煤气进入变换装置，压力约3.72MPa(g)、温度约198℃，水气比约为0.68。经过粗煤气过滤器4除油除尘过滤后，进气冷变换反应器1的管程被管外催化剂层的气体的反应热和显热加热到～230℃，之后进入预变换反应器5，进行煤气的净化和少量的CO变换反应。
出预变换反应器5的气体温度温度～254℃，水气比降低到0.62。通过调节阀加入水冷换热变换反应器2副产的3.8MPa(g)饱和蒸汽D1，使水气比达到1.1，温度降低到约249℃，进入水冷换热变换反应器2内进行变换反应。气体从上向下轴向流过水冷换热变换反应器2内的催化剂层。变换反应热由分布在催化剂层的螺旋管内的锅炉水蒸发副产蒸汽带走，再去汽包3。
出水冷换热变换反应器2的反应气温度～255℃，CO含量约0.64％(湿基)，进入气冷换热变换反应器1进行深度的变换反应。同时催化剂反应温度逐渐被冷管内的煤气冷却到～220℃，此时出口反应气CO含量降低到～0.30％(湿基)。经深度变换反应后的反应气经热量回收、冷凝液回收后送后工段处理。
Claims (6)
1.一种合成气CO组合变换装置，包括水冷换热变换反应器、气冷换热变换反应器和汽包，其特征在于：所述的气冷换热变换反应器内有气体换热管束，所述的水冷换热变换反应器内有水冷换热管束，所述的水冷换热管束与汽包连通，所述的汽包出口连接水冷换热变换反应器的进口管，所述的气冷换热变换反应器的气体换热管束出口与水冷换热变换反应器壳程及气冷换热变换反应器壳程前后依次连接，各反应器内均装有变换催化剂。
2.如权利要求1所述的合成气CO组合变换装置，其特征在于，所述的装置还包括预变换反应器，所述的气冷换热变换反应器的气体换热管束出口与预变换反应器壳程、水冷换热变换反应器壳程及气冷换热变换反应器壳程前后依次连接。
3.如权利要求1或2所述的合成气CO组合变换装置，其特征在于：所述的水冷换热变换反应器与气冷换热变换反应器之间的管路上设有蒸汽补入口。
4.如权利要求1或2所述的合成气CO组合变换装置，其特征在于：所述的水冷换热变换反应器为水管反应器。
5.如权利要求4所述的合成气CO组合变换装置，其特征在于：所述的水冷换热变换反应器为绕管式水管反应器。
6.如权利要求4所述的合成气CO组合变换装置，其特征在于：所述的水冷换热变换反应器为径向水管反应器。
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| CN104445064A (zh) * | 2013-09-13 | 2015-03-25 | 杭州林达化工技术工程有限公司 | 一种合成气co组合变换方法和装置 |
| CN104709875A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-06-17 | 中国五环工程有限公司 | 高浓度一氧化碳等温变换工艺及其系统 |
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