一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一氧化碳變換的工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一氧化碳變換的工藝方法，其特征在于它包括：步驟一除油水和焦油、步驟二換熱提溫、步驟三脫毒、步驟四器外逆向增濕、步驟五等溫變換反應(yīng)、步驟六冷卻分離蒸汽冷凝水。本發(fā)明應(yīng)用于固定床制氣的合成氨和甲醇生產(chǎn)裝置后，具有脫毒徹底、觸媒壽命長、變換反應(yīng)器觸媒不結(jié)塊和不超溫等優(yōu)點，大大提高了一氧化碳變換的生產(chǎn)效率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤化工生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一 氧化碳變換的工藝方法。 -種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一氧化碳變換的工藝方法 技術(shù)背景
[0002] 在目前以煤為原料的傳統(tǒng)的中小氮肥廠中，大多以常壓間歇或連續(xù)固定床制取原 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。盡管現(xiàn)在普 通變換工藝中在進變換觸媒前都設(shè)有凈化脫毒劑，但進入脫毒凈化器的氣體都是添加蒸汽 后的濕氣。利用脫毒劑脫氧，從脫氧（Η 2+02 - Η20)化學(xué)反應(yīng)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(zhuǎn)的快速失活的主要原因之一。 如果在生產(chǎn)過程中增加汽/氣比，則脫氧效率下降。
[0003] 在傳統(tǒng)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(xiàn)塔內(nèi)帶水現(xiàn)象，引起觸媒結(jié)塊，導(dǎo)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；由于半水煤氣中有水汽的存在，容易產(chǎn)生露點腐蝕，對設(shè)備及管道的材質(zhì)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(yīng)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。這些粉塵在濕氣的情況下容易結(jié)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(jié)省蒸汽消耗，回收系統(tǒng) 富余熱能，都采用熱水增濕半水煤氣，來調(diào)節(jié)半水煤氣中的汽氣比。增濕的方法千遍一律的 采用增濕器內(nèi)噴水增濕：半水煤氣從增濕器的下部進入增濕器，經(jīng)過填料層與自上而下的 熱水進行傳質(zhì)換熱，然后從增濕器的上部離開增濕器。由于熱水從上部進，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(shè)備和管道產(chǎn)生露點腐蝕，同時 也會使變換觸媒粉化結(jié)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(yīng)器大都采用絕熱式反應(yīng)器。在絕熱反應(yīng)器的應(yīng) 用上要受到觸媒的熱穩(wěn)定性和設(shè)備材料的選擇限制性的影響，因此現(xiàn)在所有的變換絕熱反 應(yīng)器都要設(shè)置多段變換觸媒床層來完成變換任務(wù)，在變換反應(yīng)器外要設(shè)置反應(yīng)熱回收設(shè)備 以及相連接的管道、閥門等。由于變換反應(yīng)器的出口氣體的溫度較高，所以換熱設(shè)備和管道 都是高溫設(shè)備和高溫管道，造成現(xiàn)在的絕熱變換工藝流程復(fù)雜，操作難度偏大，且設(shè)備及管 道的制造和維護費用較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫 一氧化碳變換的工藝方法，本發(fā)明應(yīng)用于固定床制氣的合成氨和甲醇生產(chǎn)裝置后，具有脫 毒徹底、觸媒壽命長、變換反應(yīng)器觸媒不結(jié)塊和反應(yīng)溫度可控等優(yōu)點，可大大提高一氧化碳 變換的生產(chǎn)效率。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一氧化碳變換的工藝方法，其 特征在于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凈化處理；
[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(yīng)后的變換氣進 行換熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒凈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，并放出反應(yīng)熱Q，其主要反應(yīng)方程式為：
[0012] H2+〇2 - H20+Q ;
[0013] 使進入一氧化碳等溫變換反應(yīng)器的半水煤氣中的氧被徹底清除；
[0014] 步驟四，器外逆向增濕：將除氧脫毒后的半水煤氣進行噴水增濕，在增濕器的半水 煤氣進口管內(nèi)設(shè)置增濕高效霧化噴頭，用潔凈的蒸汽冷凝水或脫氧軟水給半水煤氣增濕， 噴頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反，增濕后的氣體進入增濕器填料層進一步 汽化，即可滿足一氧化碳等溫變換反應(yīng)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(yīng)：增濕后的濕半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反 應(yīng)，即由一氧化碳與水蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，并放出反應(yīng)熱Q，其反應(yīng)方程式為：
[0016] C0+H20 - C02+H2+Q ;
[0017] 反應(yīng)熱Q通過等溫變換反應(yīng)器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應(yīng)熱Q在塔內(nèi)移 除，以滿足副產(chǎn)生產(chǎn)裝置所需的蒸汽；
[0018] 步驟六，冷卻分離蒸汽冷凝水：反應(yīng)后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，然后該變換氣依次進入軟水加熱器、 水冷卻器降溫至35?40°C，最后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(tǒng)。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點在于：
[0020] 一是本發(fā)明采用半水煤氣進入脫毒凈化器脫毒的條件，是在干半水煤氣的狀態(tài)下 進行的，即半水煤氣進脫毒反應(yīng)器前不添加蒸汽或飽和熱水；由于進入脫毒反應(yīng)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(jié)塊，對設(shè)備也不會形成露點腐蝕；由于脫毒過程無水汽，脫毒劑對氧的脫出也更 會徹底。
[0021] 二是本發(fā)明調(diào)節(jié)一氧化碳等溫變換反應(yīng)器入口反應(yīng)氣的溫度和汽氣比，采用了器 外逆向增濕方式，使半水煤氣進增濕塔前對其采用高效霧化噴頭用高溫潔凈的蒸汽冷凝水 或脫氧軟水增濕，噴水噴射方向與半水煤氣體流動方向相反；增濕后的氣體進入增濕器填 料增進一步汽化；有效地避免了氣體在器內(nèi)噴水增濕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(jié)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(yīng)的要求。
[0022] 三是本發(fā)明采用的等溫一氧化碳變換反應(yīng)器中的一氧化碳變換反應(yīng)過程的反應(yīng) 熱是在塔內(nèi)通過移熱元件來完成的，使得一氧化碳變換反應(yīng)的熱點溫度始終保持在一個給 定的恒定值，使得反應(yīng)器的出口氣體溫度和器內(nèi)的反應(yīng)熱點溫度相當(dāng)；反應(yīng)器的熱點溫度 可根據(jù)不同生產(chǎn)裝置所需蒸汽品味等級來確定，一般等溫反應(yīng)器的氣體出口溫度要比絕熱 反應(yīng)器的出口溫度低l〇〇°C左右，一氧化碳變換反應(yīng)的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率得到了很大的提高；
[0023] 四是本發(fā)明取消了絕熱反應(yīng)器所需的塔外移熱設(shè)備及連接管道、閥門等，使得變 換工序的其他輔助換熱設(shè)備的制造難度大幅度下降，從而解決了絕熱的變換反應(yīng)器所帶來 的變換氣出口溫度高，造成塔外移熱設(shè)備及管道制造難度偏高、占地和投資偏大等難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 附圖1是本發(fā)明提出的一種干氣脫毒器外逆向增濕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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0026] 結(jié)合圖1，本發(fā)明提出的一種干氣脫毒器外逆向增濕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凈化處理；
[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(yīng)后的變換氣進 行換熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒凈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，并放出反應(yīng)熱Q，其主要反應(yīng)方程式為：
[0030] H2+〇2 - H20+Q ;
[0031] 使進入一氧化碳等溫變換反應(yīng)器的半水煤氣中的氧被徹底清除；
[0032] 步驟四，器外逆向增濕：將除氧脫毒后的半水煤氣進行噴水增濕，在增濕器的半水 煤氣進口管內(nèi)設(shè)置增濕高效霧化噴頭，用潔凈的蒸汽冷凝水或脫氧軟水給半水煤氣增濕， 噴頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反，增濕后的氣體進入增濕器填料層進一步 汽化，即可滿足一氧化碳等溫變換反應(yīng)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(yīng)：增濕后的濕半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反 應(yīng)，即由一氧化碳與水蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，并放出反應(yīng)熱Q，其反應(yīng)方程式為：
[0034] C0+H20 - C02+H2+Q ;
[0035] 反應(yīng)熱Q通過等溫變換反應(yīng)器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應(yīng)熱Q在塔內(nèi)移 除，以滿足副產(chǎn)生產(chǎn)裝置所需的蒸汽；
[0036] 步驟六，冷卻分離蒸汽冷凝水：反應(yīng)后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，然后該變換氣依次進入軟水加熱器、 水冷卻器降溫至35?40°C，最后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(tǒng)。
[0037] 本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：步驟四所述增濕高效霧化噴頭的設(shè)置距離為增濕器 進口管口 2米處；步驟五所述一氧化碳與水蒸汽反應(yīng)是在催化劑床層中的各個反應(yīng)段層 的反應(yīng)溫度保持在等溫狀態(tài)下進行的，所產(chǎn)生的一氧化碳變換反應(yīng)熱的移熱方式為塔內(nèi)移 熱。
[0038] 實施例1。以本發(fā)明應(yīng)用于采用塊煤或型煤原料的固定床、制氣量年產(chǎn)18萬噸合 成氨和0. 8MPa的一氧化碳變換裝置為例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0039] 實施例1公開的一種干氣脫毒器外逆向增濕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、脫毒凈化器、增濕器、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公開的一種干氣脫毒器外逆向增濕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的半水煤氣先后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并排除，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凈化處理；
[0042] 步驟二，經(jīng)初步凈化處理后的半水煤氣先后進入第一換熱器和第二換熱器中， 與反應(yīng)后的變換氣進行換熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒凈化器所需的溫度 180。。?200。。；
[0043] 步驟三，升溫后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，并放出反應(yīng)熱Q，其主要反應(yīng)方程式為：
[0044] H2+〇2 - H20+Q ;
[0045] 使進入一氧化碳等溫變換反應(yīng)器的半水煤氣中的氧被徹底清除；
[0046] 步驟四，將除氧脫毒后的250°C?270°C、0. 79MPa的半水煤氣進入增濕器的管道 內(nèi)，在距離增濕器進口管口約2米處設(shè)置增濕高效霧化噴頭，用潔凈的蒸汽冷凝水或脫氧 軟水給半水煤氣增濕，噴頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反；增濕后的氣體進 入增濕器填料增進一步汽化；同時在增濕器內(nèi)設(shè)置蒸汽添加管，用以調(diào)節(jié)半水煤氣的汽氣 比和汽化溫度，使進入等溫變換爐的濕半水煤氣的溫度保持在180°C?200°C、蒸汽/干氣 的摩爾比為0. 35,確保出增濕器的濕半水煤氣中絕對沒有霧狀水珠；
[0047] 步驟五，將出增濕器的濕半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反應(yīng)，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(yīng)生成二氧化碳和氫 氣，并放出反應(yīng)熱Q，其反應(yīng)方程式為：
[0048] C0+H20 - C02+H2+Q ;
[0049] 反應(yīng)熱Q通過等溫變換反應(yīng)器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應(yīng)熱Q移除，以滿 足副產(chǎn)2. OMPa飽和蒸汽、副產(chǎn)蒸汽量每小時為10. 25噸；
[0050] 步驟六，反應(yīng)后約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，并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 后該變換氣依次進入軟水加熱器、水冷卻器降溫至35?40°C，最后進入水分離器將蒸汽冷 凝水脫出，得到合格的變換氣并離開變換系統(tǒng)。
[0051] 本發(fā)明的應(yīng)用實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比的顯著優(yōu)點見表1。
[0052] 表1 :本發(fā)明的應(yīng)用實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比的顯著優(yōu)點一覽表
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一氧化碳變換的工藝方法，其特征在于它包括如下 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凈化處理； 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(yīng)后的變換氣進行換 熱升溫，使半水煤氣的氣體溫度達到脫毒凈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，并放出反應(yīng)熱Q，其主要反應(yīng)方程式為： H2+〇2 一 H20+Q ; 使進入一氧化碳等溫變換反應(yīng)器的半水煤氣中的氧被徹底清除； 步驟四，器外逆向增濕：將除氧脫毒后的半水煤氣進行噴水增濕，在增濕器的半水煤 氣進口管內(nèi)設(shè)置增濕高效霧化噴頭，用潔凈的蒸汽冷凝水或脫氧軟水給半水煤氣增濕，噴 頭噴射水的方向與半水煤氣體流動的方向相反，增濕后的氣體進入增濕器填料層進一步汽 化，即可滿足一氧化碳等溫變換反應(yīng)對半水煤氣的汽氣比和溫度的要求； 步驟五，等溫變換反應(yīng)：增濕后的濕半水煤氣進入變換爐催化劑床層進行變換反應(yīng)，即 由一氧化碳與水蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，并放出反應(yīng)熱Q，其反應(yīng)方程式為： C0+H20 - C02+H2+Q ; 反應(yīng)熱Q通過等溫變換反應(yīng)器的換熱彎曲管，利用飽和熱水將反應(yīng)熱Q在塔內(nèi)移除，以 滿足副產(chǎn)生產(chǎn)裝置所需的蒸汽； 步驟六，冷卻分離蒸汽冷凝水：反應(yīng)后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，然后該變換氣依次進入軟水加熱器、水冷 卻器降溫至35?40°C，最后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(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一氧化碳變換的工藝方法， 其特征在于步驟四所述增濕高效霧化噴頭的設(shè)置距離為增濕器進口管口 2米處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種干氣脫毒器外逆向增濕等溫一氧化碳變換的工藝方 法，其特征在于步驟五所述一氧化碳與水蒸汽反應(yīng)是在催化劑床層中的各個反應(yīng)段層的反 應(yīng)溫度保持在等溫狀態(tài)下進行的，所產(chǎn)生的一氧化碳變換反應(yīng)熱的移熱方式為塔內(nèi)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】姚恒, 溫利民, 舒捷 申請人:南京博揚化工科技有限公司