一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法

2023-05-29 01:39:01

一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法
【專利摘要】本發明涉及一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法，其特徵在於它包括：步驟一除油水和焦油、步驟二換熱提溫、步驟三脫毒、步驟四器外逆向增溼、步驟五等溫變換反應、步驟六冷卻分離蒸汽冷凝水。本發明應用於固定床制氣的合成氨和甲醇生產裝置後，具有脫毒徹底、觸媒壽命長、變換反應器觸媒不結塊和不超溫等優點，大大提高了一氧化碳變換的生產效率。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬於煤化工生產【技術領域】，特別是涉及一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一 氧化碳變換的工藝方法。 -種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法 技術背景
[0002] 在目前以煤為原料的傳統的中小氮肥廠中，大多以常壓間歇或連續固定床製取原 料氣，原料氣中含有〇. 3?0. 5%的氧，氧易使變換觸媒硫酸鹽化而快速失活。儘管現在普 通變換工藝中在進變換觸媒前都設有淨化脫毒劑，但進入脫毒淨化器的氣體都是添加蒸汽 後的溼氣。利用脫毒劑脫氧，從脫氧（Η 2+02 - Η20)化學反應平衡的角度來說，半水煤氣中存 在0. 2?0. 3汽/氣比是不可能有效脫除半水煤氣中的氧，因而始終有氧漏入觸媒層，造成 累積性的硫酸鹽化，從而使觸媒失活，這是全低觸媒不可逆轉的快速失活的主要原因之一。 如果在生產過程中增加汽/氣比，則脫氧效率下降。
[0003] 在傳統〇· 85MPa壓力下的變換工藝中都帶有熱水飽和塔，該熱水飽和塔工藝易出 現塔內帶水現象，引起觸媒結塊，導致一段上層的脫毒劑失效，造成床層漏氧，使得變換觸 媒失活；由於半水煤氣中有水汽的存在，容易產生露點腐蝕，對設備及管道的材質要求很 商。
[0004] 半水煤氣中含有30%以上的一氧化碳，在加壓高溫下易與碳鋼管道反應生成羰基 鐵，在中變爐入口的粉塵、全低變一段入口的細紅粉中，一部分就是煤氣中的羰基鐵的分解 物所致。這些粉塵在溼氣的情況下容易結塊堵塞觸媒的孔道，引起比表面積下降，造成觸媒 的活性下降，同時觸媒層的阻力上升。
[0005] 目前我國以煤為原料的中小氮肥廠的變換工藝上，為了節省蒸汽消耗，回收系統 富餘熱能，都採用熱水增溼半水煤氣，來調節半水煤氣中的汽氣比。增溼的方法千遍一律的 採用增溼器內噴水增溼：半水煤氣從增溼器的下部進入增溼器，經過填料層與自上而下的 熱水進行傳質換熱，然後從增溼器的上部離開增溼器。由於熱水從上部進，而氣體從上部 出，很容易形成霧沫夾帶。半水煤氣中夾帶有霧狀水珠會使設備和管道產生露點腐蝕，同時 也會使變換觸媒粉化結塊，引起比表面積下降，造成觸媒的活性下降，同時觸媒層的阻力上 升，觸媒使用壽命降低。
[0006] 目前我國以煤為原料的中小氮肥廠的變換工藝上，無論是中溫變換工藝、中串低 工藝、中低低工藝還是全低變工藝，變換反應器大都採用絕熱式反應器。在絕熱反應器的應 用上要受到觸媒的熱穩定性和設備材料的選擇限制性的影響，因此現在所有的變換絕熱反 應器都要設置多段變換觸媒床層來完成變換任務，在變換反應器外要設置反應熱回收設備 以及相連接的管道、閥門等。由於變換反應器的出口氣體的溫度較高，所以換熱設備和管道 都是高溫設備和高溫管道，造成現在的絕熱變換工藝流程複雜，操作難度偏大，且設備及管 道的製造和維護費用較高。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的是為克服現有技術的不足而提供一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫 一氧化碳變換的工藝方法，本發明應用於固定床制氣的合成氨和甲醇生產裝置後，具有脫 毒徹底、觸媒壽命長、變換反應器觸媒不結塊和反應溫度可控等優點，可大大提高一氧化碳 變換的生產效率。
[0008] 根據本發明提出的一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法，其 特徵在於它包括如下具體步驟：
[0009] 步驟一，除油水和焦油：將界外工序來的半水煤氣通過油水分離器和焦油過濾器 分離，脫出半水煤氣中夾帶的油水和煤焦油，完成對半水煤氣進行的初步淨化處理；
[0010] 步驟二，換熱提溫：半水煤氣在第一換熱器和第二換熱器中與反應後的變換氣進 行換熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒淨化器所需控制的溫度180°C?200°C ;
[0011] 步驟三，脫毒：半水煤氣進入脫毒器，在脫毒器中脫毒催化劑的作用下，脫除氣體 的毒物氧以及其它有毒物，並放出反應熱Q，其主要反應方程式為：
[0012] H2+〇2 - H20+Q ;
[0013] 使進入一氧化碳等溫變換反應器的半水煤氣中的氧被徹底清除；
[0014] 步驟四，器外逆向增溼：將除氧脫毒後的半水煤氣進行噴水增溼，在增溼器的半水 煤氣進口管內設置增溼高效霧化噴頭，用潔淨的蒸汽冷凝水或脫氧軟水給半水煤氣增溼， 噴頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反，增溼後的氣體進入增溼器填料層進一步 汽化，即可滿足一氧化碳等溫變換反應對半水煤氣的汽氣比和溫度的要求；
[0015] 步驟五，等溫變換反應：增溼後的溼半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反 應，即由一氧化碳與水蒸汽反應生成二氧化碳和氫氣，並放出反應熱Q，其反應方程式為：
[0016] C0+H20 - C02+H2+Q ;
[0017] 反應熱Q通過等溫變換反應器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應熱Q在塔內移 除，以滿足副產生產裝置所需的蒸汽；
[0018] 步驟六，冷卻分離蒸汽冷凝水：反應後的變換氣依次通過第二換熱器、鍋爐給水加 熱器和第一換熱器，與半水煤氣和鍋爐給水換熱降溫，然後該變換氣依次進入軟水加熱器、 水冷卻器降溫至35?40°C，最後進入水分離器將蒸汽冷凝水脫出，得到合格的變換氣離開 變換系統。
[0019] 本發明與現有技術相比其顯著優點在於：
[0020] 一是本發明採用半水煤氣進入脫毒淨化器脫毒的條件，是在幹半水煤氣的狀態下 進行的，即半水煤氣進脫毒反應器前不添加蒸汽或飽和熱水；由於進入脫毒反應器的半水 煤氣不含飽和水蒸汽，氣體中絕不可能存在未飽和的霧狀水汽；這樣脫毒劑不會因有水而 粉化形成結塊，對設備也不會形成露點腐蝕；由於脫毒過程無水汽，脫毒劑對氧的脫出也更 會徹底。
[0021] 二是本發明調節一氧化碳等溫變換反應器入口反應氣的溫度和汽氣比，採用了器 外逆向增溼方式，使半水煤氣進增溼塔前對其採用高效霧化噴頭用高溫潔淨的蒸汽冷凝水 或脫氧軟水增溼，噴水噴射方向與半水煤氣體流動方向相反；增溼後的氣體進入增溼器填 料增進一步汽化；有效地避免了氣體在器內噴水增溼容易形成霧沫夾帶的弊端，使得變換 催化劑不受冷凝霧狀水珠的影響而結塊，也不會使觸媒層表面形成硫酸鹽化，保證了半水 煤氣的汽氣比和溫度能夠滿足一氧化碳等溫變換反應的要求。
[0022] 三是本發明採用的等溫一氧化碳變換反應器中的一氧化碳變換反應過程的反應 熱是在塔內通過移熱元件來完成的，使得一氧化碳變換反應的熱點溫度始終保持在一個給 定的恆定值，使得反應器的出口氣體溫度和器內的反應熱點溫度相當；反應器的熱點溫度 可根據不同生產裝置所需蒸汽品味等級來確定，一般等溫反應器的氣體出口溫度要比絕熱 反應器的出口溫度低l〇〇°C左右，一氧化碳變換反應的反應轉化率得到了很大的提高；
[0023] 四是本發明取消了絕熱反應器所需的塔外移熱設備及連接管道、閥門等，使得變 換工序的其他輔助換熱設備的製造難度大幅度下降，從而解決了絕熱的變換反應器所帶來 的變換氣出口溫度高，造成塔外移熱設備及管道製造難度偏高、佔地和投資偏大等難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 附圖1是本發明提出的一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方 法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0026] 結合圖1，本發明提出的一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方 法，它包括如下具體步驟：
[0027] 步驟一，除油水和焦油：將界外工序來的半水煤氣通過油水分離器和焦油過濾器 分離，脫出半水煤氣中夾帶的油水和煤焦油，完成對半水煤氣進行的初步淨化處理；
[0028] 步驟二，換熱提溫：半水煤氣在第一換熱器和第二換熱器中與反應後的變換氣進 行換熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒淨化器所需控制的溫度180°C?200°C ;
[0029] 步驟三，脫毒：半水煤氣進入脫毒器，在脫毒器中脫毒催化劑的作用下，脫除氣體 的毒物氧以及其它有毒物，並放出反應熱Q，其主要反應方程式為：
[0030] H2+〇2 - H20+Q ;
[0031] 使進入一氧化碳等溫變換反應器的半水煤氣中的氧被徹底清除；
[0032] 步驟四，器外逆向增溼：將除氧脫毒後的半水煤氣進行噴水增溼，在增溼器的半水 煤氣進口管內設置增溼高效霧化噴頭，用潔淨的蒸汽冷凝水或脫氧軟水給半水煤氣增溼， 噴頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反，增溼後的氣體進入增溼器填料層進一步 汽化，即可滿足一氧化碳等溫變換反應對半水煤氣的汽氣比和溫度的要求；
[0033] 步驟五，等溫變換反應：增溼後的溼半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反 應，即由一氧化碳與水蒸汽反應生成二氧化碳和氫氣，並放出反應熱Q，其反應方程式為：
[0034] C0+H20 - C02+H2+Q ;
[0035] 反應熱Q通過等溫變換反應器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應熱Q在塔內移 除，以滿足副產生產裝置所需的蒸汽；
[0036] 步驟六，冷卻分離蒸汽冷凝水：反應後的變換氣依次通過第二換熱器、鍋爐給水加 熱器和第一換熱器，與半水煤氣和鍋爐給水換熱降溫，然後該變換氣依次進入軟水加熱器、 水冷卻器降溫至35?40°C，最後進入水分離器將蒸汽冷凝水脫出，得到合格的變換氣離開 變換系統。
[0037] 本發明進一步的優選方案是：步驟四所述增溼高效霧化噴頭的設置距離為增溼器 進口管口 2米處；步驟五所述一氧化碳與水蒸汽反應是在催化劑床層中的各個反應段層 的反應溫度保持在等溫狀態下進行的，所產生的一氧化碳變換反應熱的移熱方式為塔內移 熱。
[0038] 實施例1。以本發明應用於採用塊煤或型煤原料的固定床、制氣量年產18萬噸合 成氨和0. 8MPa的一氧化碳變換裝置為例，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0039] 實施例1公開的一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的裝置如圖1所 示，它包括油水分離器、過濾器、第一換熱器、第二換熱器、脫毒淨化器、增溼器、等溫變換 爐、鍋爐給水加熱器、脫鹽水加熱器、水冷卻器和水分離器等。
[0040] 實施例1公開的一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法，其具 體步驟如下：
[0041] 步驟一，來自界外工序的常溫、0. 8MPa的半水煤氣先後進入油水分離器和焦油過 濾器，在油水分離器中分離出氣體夾帶的霧狀油水並排除，在焦油過濾器中氣體中的煤焦 油吸附脫出，完成對半水煤氣進行的初步淨化處理；
[0042] 步驟二，經初步淨化處理後的半水煤氣先後進入第一換熱器和第二換熱器中， 與反應後的變換氣進行換熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒淨化器所需的溫度 180。。?200。。；
[0043] 步驟三，升溫後的半水煤氣進入半水煤氣進入脫毒器，在脫毒器中的脫毒催化劑 的作用下，脫除氣體的毒物氧以及其它有毒物，並放出反應熱Q，其主要反應方程式為：
[0044] H2+〇2 - H20+Q ;
[0045] 使進入一氧化碳等溫變換反應器的半水煤氣中的氧被徹底清除；
[0046] 步驟四，將除氧脫毒後的250°C?270°C、0. 79MPa的半水煤氣進入增溼器的管道 內，在距離增溼器進口管口約2米處設置增溼高效霧化噴頭，用潔淨的蒸汽冷凝水或脫氧 軟水給半水煤氣增溼，噴頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反；增溼後的氣體進 入增溼器填料增進一步汽化；同時在增溼器內設置蒸汽添加管，用以調節半水煤氣的汽氣 比和汽化溫度，使進入等溫變換爐的溼半水煤氣的溫度保持在180°C?200°C、蒸汽/幹氣 的摩爾比為0. 35,確保出增溼器的溼半水煤氣中絕對沒有霧狀水珠；
[0047] 步驟五，將出增溼器的溼半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反應，一氧化 碳和水蒸汽在溫度230°C、壓力0. 8MPa和鈷鑰系催化劑的作用下反應生成二氧化碳和氫 氣，並放出反應熱Q，其反應方程式為：
[0048] C0+H20 - C02+H2+Q ;
[0049] 反應熱Q通過等溫變換反應器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應熱Q移除，以滿 足副產2. OMPa飽和蒸汽、副產蒸汽量每小時為10. 25噸；
[0050] 步驟六，反應後約0. 77MPa、230°C的變換氣依次通過第二換熱器、鍋爐給水加熱 器和第一換熱器，與半水煤氣和鍋爐給水換熱降溫，並保持出第二換熱器的變換氣溫度為 180°C、出鍋爐給水加熱器的變換氣溫度為155°C、出第一換熱器的變換氣溫度為80°C，然 後該變換氣依次進入軟水加熱器、水冷卻器降溫至35?40°C，最後進入水分離器將蒸汽冷 凝水脫出，得到合格的變換氣並離開變換系統。
[0051] 本發明的應用實施例與現有技術相比的顯著優點見表1。
[0052] 表1 :本發明的應用實施例與現有技術相比的顯著優點一覽表
[0053]

【權利要求】
1. 一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法，其特徵在於它包括如下 具體步驟： 步驟一，除油水和焦油：將界外工序來的半水煤氣通過油水分離器和焦油過濾器分離， 脫出半水煤氣中夾帶的油水和煤焦油，完成對半水煤氣進行的初步淨化處理； 步驟二，換熱提溫：半水煤氣在第一換熱器和第二換熱器中與反應後的變換氣進行換 熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒淨化器所需控制的溫度180°c?200°C ; 步驟三，脫毒：半水煤氣進入脫毒器，在脫毒器中脫毒催化劑的作用下，脫除氣體的毒 物氧以及其它有毒物，並放出反應熱Q，其主要反應方程式為： H2+〇2 一 H20+Q ; 使進入一氧化碳等溫變換反應器的半水煤氣中的氧被徹底清除； 步驟四，器外逆向增溼：將除氧脫毒後的半水煤氣進行噴水增溼，在增溼器的半水煤 氣進口管內設置增溼高效霧化噴頭，用潔淨的蒸汽冷凝水或脫氧軟水給半水煤氣增溼，噴 頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反，增溼後的氣體進入增溼器填料層進一步汽 化，即可滿足一氧化碳等溫變換反應對半水煤氣的汽氣比和溫度的要求； 步驟五，等溫變換反應：增溼後的溼半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反應，即 由一氧化碳與水蒸汽反應生成二氧化碳和氫氣，並放出反應熱Q，其反應方程式為： C0+H20 - C02+H2+Q ; 反應熱Q通過等溫變換反應器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應熱Q在塔內移除，以 滿足副產生產裝置所需的蒸汽； 步驟六，冷卻分離蒸汽冷凝水：反應後的變換氣依次通過第二換熱器、鍋爐給水加熱器 和第一換熱器，與半水煤氣和鍋爐給水換熱降溫，然後該變換氣依次進入軟水加熱器、水冷 卻器降溫至35?40°C，最後進入水分離器將蒸汽冷凝水脫出，得到合格的變換氣離開變換 系統。
2. 根據權利要求1所述的一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方法， 其特徵在於步驟四所述增溼高效霧化噴頭的設置距離為增溼器進口管口 2米處。
3. 根據權利要求1或2所述的一種幹氣脫毒器外逆向增溼等溫一氧化碳變換的工藝方 法，其特徵在於步驟五所述一氧化碳與水蒸汽反應是在催化劑床層中的各個反應段層的反 應溫度保持在等溫狀態下進行的，所產生的一氧化碳變換反應熱的移熱方式為塔內移熱。
【文檔編號】C01B3/16GK104085855SQ201410335184
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】姚恆, 溫利民, 舒捷 申請人:南京博揚化工科技有限公司