專利名稱：：一種荒煤氣放熱反應(yīng)過程的進(jìn)料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種發(fā)生放熱反應(yīng)的荒煤氣加工方法，基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預(yù)熱升溫后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物，第二路原料氣與第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)區(qū)與后續(xù)反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為最終反應(yīng)流出物，該方法未見報(bào)道。因此，本發(fā)明的第一目的在于提供一種荒煤氣放熱反應(yīng)過程的進(jìn)料方法；本發(fā)明的第二目的在于提供一種脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的荒煤氣加工方法。
發(fā)明內(nèi)容—種荒煤氣放熱反應(yīng)過程的進(jìn)料方法，包括如下步驟基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預(yù)熱升溫后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物，第二路原料氣與第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)區(qū)與后續(xù)反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為最終反應(yīng)流出物。本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第一路原料氣與最終反應(yīng)流出物換熱完成預(yù)熱升溫。當(dāng)荒煤氣中氧氣組分含量高需要設(shè)置專用的脫氧催化劑床層時(shí)，脫氧催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層。當(dāng)荒煤氣中氧氣組分含量很低不需要設(shè)置專用的脫氧催化劑床層時(shí)，一氧化碳變換催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層。當(dāng)荒煤氣中氧氣組分含量低而一氧化碳含量高時(shí)，可將脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層組合，本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。本發(fā)明特征進(jìn)一步在于后續(xù)反應(yīng)區(qū)包括第二反應(yīng)區(qū)、第三反應(yīng)區(qū)，第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入第三反應(yīng)區(qū)與催化劑床層接觸。本發(fā)明特征進(jìn)一步在于各反應(yīng)部分的操作條件為反應(yīng)溫度一般為130380°C、通常為160300°C，反應(yīng)壓力一般為0.33.0MPa(絕對(duì))、通常為0.72.0MPa(絕對(duì))。本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物為脫氧反應(yīng)產(chǎn)物，第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物降低溫度的過程包含注水汽化過程。本發(fā)明特征進(jìn)一步在于各反應(yīng)區(qū)溫升最好不大于50°C。具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述荒煤氣，指的是適合于制造氫氣的荒煤氣，通常是指來自煤熱解(干餾)過程或其它過程的由氫氣、一氧化碳和其它組分(比如氧氣)組成的氣體物流。由于產(chǎn)生荒煤氣的煤熱解(干餾)等過程工藝條件在一定范圍內(nèi)變化，荒煤氣的性質(zhì)也在一定范圍內(nèi)變化。本發(fā)明所述荒煤氣的氣體組成通常含有氧氣和或一氧化碳，氧氣含量一般為01.5%(體積)、通常為0.20.9%(體積)、特別地為0.30.7%(體積)，一氧化碳含量一般為725%(體積)、通常為1020%(體積)、特別地為1017%(體積)。根據(jù)荒煤氣組成、溫度、壓力條件，荒煤氣成為管道1輸送的原料氣之前，可能經(jīng)過脫除雜質(zhì)(可能存在的焦油、萘、塵)、增加水蒸汽濃度(滿足變換反應(yīng)需要的水碳分子比)、壓縮升壓、升溫等步驟的某一步驟或全部步驟。本發(fā)明所述反應(yīng)過程，指的是發(fā)生放熱的反應(yīng)過程，包括脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的反應(yīng)過程。所述反應(yīng)過程通常使用催化劑，可能使用脫氧催化劑和或一氧化碳變換催化劑?；拿簹獍凑毡景l(fā)明脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換，得到的最終反應(yīng)流出物通常經(jīng)冷凝冷卻脫水后用作變壓吸附提純氫氣的原料氣或化工合成原料氣或燃料氣等。以下詳細(xì)描述本發(fā)明。本發(fā)明一種荒煤氣放熱反應(yīng)過程的進(jìn)料方法，包括如下步驟基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預(yù)熱升溫后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物，第二路原料氣與第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)區(qū)與后續(xù)反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為最終反應(yīng)流出物。本發(fā)明第一路原料氣通常與最終反應(yīng)流出物換熱完成預(yù)熱升溫。當(dāng)荒煤氣中氧氣組分含量高需要設(shè)置專用的脫氧催化劑床層時(shí)，脫氧催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層。當(dāng)荒煤氣中氧氣組分含量很低不需要設(shè)置專用的脫氧催化劑床層時(shí)，一氧化碳變換催化劑床層分為兩層或多層，本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層。當(dāng)荒煤氣中氧氣組分含量低而一氧化碳含量高時(shí)，可將脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層合并，本發(fā)明特征進(jìn)一步在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。根據(jù)需要，本發(fā)明后續(xù)反應(yīng)區(qū)包括第二反應(yīng)區(qū)、第三反應(yīng)區(qū)等串聯(lián)操作的反應(yīng)區(qū)。當(dāng)荒煤氣加工過程需要先脫除氧氣然后完成一氧化碳變換時(shí)，在本發(fā)明第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)設(shè)有脫氧催化劑床層，脫氧催化劑床層總數(shù)可以是兩層或多層；同時(shí)本發(fā)明還設(shè)置第三反應(yīng)區(qū)，第三反應(yīng)區(qū)一氧化碳變換催化劑床層總數(shù)可以是兩層或多層。第三反應(yīng)區(qū)的第一變換催化劑床層入口溫度可以采用向其進(jìn)料氣中注水發(fā)生蒸汽方式降溫。本發(fā)明各反應(yīng)部分的操作條件為反應(yīng)溫度一般為13038(TC、通常為160300°C，反應(yīng)壓力一般為0.33.0MPa(絕對(duì))、通常為0.72.0MPa(絕對(duì))。為了穩(wěn)定操作，本發(fā)明各反應(yīng)區(qū)溫升最好不大于50°C。按照本發(fā)明，第一路原料氣升溫至反應(yīng)起始溫度后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層，同時(shí)第二路原料氣未經(jīng)升溫進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，即僅對(duì)部分原料氣進(jìn)行加熱升溫至反應(yīng)起始溫度。為了實(shí)施本發(fā)明，可以將原料氣分為多路，第一部分原料氣預(yù)熱升溫后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層，其它部分原料氣采用直接與不同的中間反應(yīng)流出物混合方式利用反應(yīng)熱升溫然后進(jìn)入后續(xù)催化劑床層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于①原料氣分為兩路或多路，第一部分原料氣預(yù)熱升溫后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層，其它部分原料氣采用直接與中間反應(yīng)流出物混合方式利用反應(yīng)熱升溫然后進(jìn)入催化劑床層，可以降低原料氣預(yù)熱負(fù)荷、降低壓力降、簡(jiǎn)化流程、降低投資，特別是顯著降低降低原料氣換熱器、開工用加熱爐的規(guī)模和投資，因此本發(fā)明適合于發(fā)生放熱反應(yīng)的煤氣加工過程，比如脫除荒煤氣中氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的煤氣加工過程；②采用多催化劑床層方案，可以降低單床層反應(yīng)溫升幅度，使催化劑床層溫度分布更接近平均反應(yīng)溫度，利于提高催化劑效率；③采用多催化劑床層方案，當(dāng)原料中氧含量和或一氧化碳含量波動(dòng)時(shí)，可以降低溫升波動(dòng)絕對(duì)幅度，利于平穩(wěn)操作；④對(duì)于脫氧和一氧化碳變換制氫的煤氣加工過程，采用注水方式控制脫氧反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入第一個(gè)一氧化碳變換催化劑床層的入口溫度，可以直接利用反應(yīng)熱，增大一氧化碳變換催化劑床層必要的水碳比，利于提高變換轉(zhuǎn)化率；⑤對(duì)于需要完成一氧化碳變換制氫的煤氣加工過程，最后的床層間反應(yīng)流出物的降溫過程采用熱水取熱方法，熱水循環(huán)至荒煤氣增濕部分產(chǎn)生水蒸汽，提供一氧化碳變換催化劑床層必要的水碳比。實(shí)施例一以荒煤氣A為原料氣，增壓至0.25MPa(絕對(duì))后，采用本發(fā)明除氧，反應(yīng)流出物冷凝冷卻脫水后，作燃料氣使用。61%的第二路原料氣采用直接與中間反應(yīng)流出物混合方式利用反應(yīng)熱升溫然后進(jìn)入第二催化劑床層，有降低原料氣預(yù)熱負(fù)荷、降低壓力降、簡(jiǎn)化流程、降低投資、優(yōu)化反應(yīng)溫度分布等優(yōu)點(diǎn)。原料氣開工電加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷532KW。如果考慮全部原料氣加熱，原料氣開工電加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷1365KW。表2實(shí)施例一操作條件匯總表項(xiàng)目數(shù)值荒煤氣流率，標(biāo)立方米/時(shí)54000原料氣流率，標(biāo)立方米/時(shí)540006項(xiàng)目數(shù)值原料氣溫度，°c127第一路原料氣流量，占原料氣流量比例39%第一反應(yīng)區(qū)(第一脫氧催化劑床層)入口溫度，°c180第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物溫度，°c262第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物與第一路原料氣混合后進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)第二反應(yīng)區(qū)(第二脫氧催化劑床層)入口溫度，°c180第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物溫度，°c250第一路原料氣升溫方式與第二脫氧催化劑床層反應(yīng)流出物換熱，熱負(fù)荷0.38MMkcal/h實(shí)施例二以荒煤氣A為例，完成預(yù)期的脫氧反應(yīng)和一氧化碳變換反應(yīng)，生產(chǎn)變壓吸附提純氫氣原料氣。由于荒煤氣A中通常含有焦油、萘等雜質(zhì)，為了延長(zhǎng)變換催化劑壽命、提高PSA變壓吸附提氫吸附劑效率等目的，進(jìn)入變換過程的反應(yīng)器之前，將其中的萘焦油、萘等雜質(zhì)脫出，脫雜質(zhì)方法是PSA變壓吸附法，再生氣使用變壓吸附提氫過程產(chǎn)生的解析氣?；拿簹釧經(jīng)第一壓縮機(jī)升壓到0.3MPa(絕對(duì))進(jìn)入分液罐完成分液，氣相進(jìn)入預(yù)處理塔(兩臺(tái))除去萘、焦油等組分，預(yù)處理后的荒煤氣經(jīng)第二壓縮機(jī)升壓(升壓到l.OMPa(絕對(duì)))后進(jìn)入變換部分。預(yù)處理部分由2臺(tái)預(yù)處理塔組成，其中一臺(tái)處于吸附脫油、脫萘狀態(tài)、一臺(tái)處于再生狀態(tài)。來自第二壓縮機(jī)的荒煤氣，進(jìn)入一級(jí)過濾器，除去夾帶的油污等雜物后，然后進(jìn)入增濕塔底部，與循環(huán)熱水逆流接觸完成水蒸發(fā)添加適量蒸汽，然后經(jīng)二級(jí)過濾器除去夾帶的液體水、油污等雜質(zhì)后成為本發(fā)明所述原料氣。實(shí)施例二荒煤氣和原料氣組成比較表見表3，原料氣中水碳分子比約為1.7:1。實(shí)施例二操作條件匯總表見表4，設(shè)置2個(gè)脫氧催化劑床層、3個(gè)一氧化碳變換催化劑床層，一氧化碳總變換率為93%。原料氣開工電加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷850KW。如果考慮全部原料氣加熱，原料氣開工電加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷1808KW。表3實(shí)施例二荒煤氣和原料氣組成比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4實(shí)施例二操作條件匯總表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>項(xiàng)目數(shù)值第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物與第一路原料氣混合后進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)第二反應(yīng)區(qū)(第二脫氧催化劑床層)入口溫度，°c180第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物溫度，°c236第三反應(yīng)區(qū)(第一變換催化劑床層)入口溫度降溫方式注入40。C水第三反應(yīng)區(qū)入口溫度，°c200第三反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物溫度，°c240第四反應(yīng)區(qū)(第二變換催化劑床層)入口降溫方式與增濕塔循環(huán)水換熱第四反應(yīng)區(qū)入口溫度，°c200第四反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物溫度，°c240第五反應(yīng)區(qū)(第三變換催化劑床層)入口降溫方式與增濕塔循環(huán)水換熱第五反應(yīng)區(qū)入口溫度，°c200第五反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物溫度，°c244第一路原料氣升溫方式與最終反應(yīng)流出物最高溫段換熱，熱負(fù)荷0.6腦kcal/h與增濕塔循環(huán)水換熱的其它物流1與第三變換催化劑床層反應(yīng)流出物的次高溫度段換熱與增濕塔循環(huán)水換熱的其它物流2與兩次降溫后的第三變換催化劑床層反應(yīng)流出物直接接觸換熱實(shí)施例三荒煤氣B，完成預(yù)期的脫氧反應(yīng)和一氧化碳變換反應(yīng)，產(chǎn)品氣冷凝脫水后送變壓吸9附提純氫氣過程?；拿簹釨經(jīng)過類似實(shí)施例二的步驟成為變換原料氣。實(shí)施例三荒煤氣和原料氣組成比較表見表5，原料氣中水碳分子比約為1.7:1。實(shí)施例三的操作條件匯總表見表6，一氧化碳總變換率為93%。原料氣開工電加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷1061KW。如果考慮全部原料氣加熱，原料氣開工電加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷2188KW。因荒煤氣中氧氣組分含量低，將脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層合并，第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)各設(shè)置一個(gè)脫氧催化劑和一氧化碳變換制氫催化劑聯(lián)合床層，第三反應(yīng)區(qū)、第四反應(yīng)區(qū)各設(shè)置一個(gè)一氧化碳變換制氫催化劑床層。表5實(shí)施例三荒煤氣和原料氣組成比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表6實(shí)施例三操作條件匯總表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求一種荒煤氣放熱反應(yīng)過程的進(jìn)料方法，包括如下步驟基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預(yù)熱升溫后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物，第二路原料氣與第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)區(qū)與后續(xù)反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為最終反應(yīng)流出物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于第一路原料氣與最終反應(yīng)流出物換熱完成D旦預(yù)熱升溫l升溫。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述方法，其特征在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置一氧化碳變換制氫催化劑床層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于第一反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)置脫氧催化劑床層和一氧化碳變換制氫催化劑床層。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于后續(xù)反應(yīng)區(qū)包括第二反應(yīng)區(qū)、第三反應(yīng)區(qū)，第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入第三反應(yīng)區(qū)與催化劑床層接觸。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于后續(xù)反應(yīng)區(qū)包括第二反應(yīng)區(qū)、第三反應(yīng)區(qū)，第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入第三反應(yīng)區(qū)與催化劑床層接觸。11.根據(jù)權(quán)利要求l或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述方法，其特征在于各反應(yīng)部分的操作條件為反應(yīng)溫度為13038(TC、反應(yīng)壓力為0.33.OMPa(絕對(duì))。12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述方法，其特征在于各反應(yīng)部分的操作條件為反應(yīng)溫度為16030(TC、反應(yīng)壓力為0.72.OMPa(絕對(duì))。13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述方法，其特征在于第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物為脫氧反應(yīng)產(chǎn)物，第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物降低溫度的過程包含注水汽化過程。14.根據(jù)權(quán)利要求l或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述方法，其特征在于各反應(yīng)區(qū)溫升不大于5(TC。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述方法，其特征在于各反應(yīng)區(qū)溫升不大于5(TC。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其特征在于各反應(yīng)區(qū)溫升不大于50°C。全文摘要本發(fā)明涉及一種荒煤氣放熱反應(yīng)過程的進(jìn)料方法，基于荒煤氣的原料氣分為兩路，第一路原料氣預(yù)熱升溫后進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物，第二路原料氣與第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)流出物進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)區(qū)與后續(xù)反應(yīng)區(qū)催化劑床層接觸完成預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化為最終反應(yīng)流出物。本發(fā)明有簡(jiǎn)化流程、優(yōu)化反應(yīng)溫度分布、對(duì)原料氣反應(yīng)組分含量波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)、反應(yīng)熱利用率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于脫除氧氣和或完成一氧化碳變換制氫的荒煤氣加工過程。文檔編號(hào)C10K3/04GK101712892SQ20091020584公開日2010年5月26日申請(qǐng)日期2009年10月9日優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日發(fā)明者何巨堂申請(qǐng)人:何巨堂