專利名稱：合成氣變換設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤炭氣化制取合成氣領域，尤其涉及合成氣變換設備。
背景技術：
我國煤化工產業(yè)發(fā)展迅速，煤炭氣化制取合成氣技術已經成熟。在絕大多數(shù)應用煤炭氣化技術制取合成氣過程中，都需要利用合成氣變換反應裝置將合成氣中的氫氣和一氧化碳的比值進行調整。當前，低溫耐硫耐油變換工藝以其領先的技術優(yōu)勢逐漸成為主流。在低溫耐硫耐油變換工藝流程中，會設置兩個變換反應器。變換反應器用來預先對合成氣進行部分變換，并通過催化劑上部的瓷球對合成氣帶入的雜質進行過濾。在合成氣變換反應過程中，合成氣中的烴與變換反應器中的催化劑接觸而完成烴轉化過程。隨著反應的進行，大量稱為焦炭的高含碳材料沉積在催化劑上而導致催化劑結焦或碳化。這種結焦或碳化的催化劑通常稱為“廢催化劑”。顧名思義，“廢催化劑”會影響催化反應繼續(xù)進行，導致合成氣變換效率降低。催化劑結焦或碳化程度較深時，導致催化劑失去活性，阻止反合成氣變換應繼續(xù)進行，影響生產。因而，通常會在變換反應器中通過通入氧氣、在高溫條件下燃燒掉催化劑表面的焦炭實現(xiàn)催化劑的再生。這是不可或缺的重要步驟。催化劑再生反應會生成大量的CO2，往往由人工監(jiān)測CO2的濃度，當濃度符合標準時，人工地及時停止通入氧氣，中斷催化劑再生反應，重新執(zhí)行合成氣變換反應的操作。這會消耗大量的人工精力，甚至威脅 到執(zhí)行監(jiān)測任務的人員的健康。

實用新型內容本實用新型的目的是提供能夠自動監(jiān)測催化劑再生生成的CO2濃度的合成氣變換設備。根據(jù)本實用新型的合成氣變換設備包括內部鋪設有催化劑的兩臺變換反應器，各變換反應器具有用于測量變換反應器的床層壓差的測壓機構，用于引入空氣至各變換反應器中以使催化劑發(fā)生燒炭反應而再生的氣體引入裝置，該氣體引入裝置通過引入管線分別與兩臺變換反應器的出口端連通。上述設備還包括分別與兩臺變換反應器的入口端連通的兩條分支排出管線和與這兩條分支管線連通的總排出管線以及監(jiān)測由該總排出管線排出的二氧化碳的濃度的二氧化碳分析儀。在各分支排出管線內設有閥門，該閥門用于響應測壓機構的輸出信號接通該分支排出管線并且響應該二氧化碳分析儀的輸出信號關斷該分支排出管線。根據(jù)本實用新型的合成氣變換設備可以做到不需要停機就能對催化劑進行再生反應，既保證了合成氣變換的連續(xù)進行，又極大提高了生產效率。另外，避免使用人工監(jiān)測，解決了大量消耗人力以及可能造成人身傷害的問題。作為上述技術方案的優(yōu)化，根據(jù)本實用新型的合成氣變換設備還包括用于接收測壓機構的輸出信號和二氧化碳分析儀的輸出信號從而控制所述閥門的控制設備。[0010]優(yōu)選地，氣體引入裝置可以是蒸汽引射器，該蒸汽引射器與用于引入蒸汽的蒸汽引入管線連通并與用于引入空氣的空氣引入管線連通。還可以想到，在蒸汽引入管線內設有蒸汽入口閥，而且在空氣引入管線內設有空氣入口閥。優(yōu)選地，可以在蒸汽引射器和空氣入口閥之間設有空氣過濾器。優(yōu)選地，二氧化碳分析儀是紅外光學式二氧化碳分析儀。優(yōu)選地，本實用新型的合成氣變換設備還包括設置在變換反應器中的催化劑冷卻器。

圖1是根據(jù)本實用新型的合成氣變換設備的示意圖。
具體實施方式
以下，結合圖1詳細說明根據(jù)本實用新型的合成氣變換設備。為了解決在背景技術中提到的監(jiān)測二氧化碳濃度耗費大量人工的問題，本實用新型提供一種在圖中用附圖標記100表示的合成氣變換設備。根據(jù)本實用新型的合成氣變換設備100包括內部鋪設催化劑的兩臺變換反應器A和B，其中各變換反應器A、B具有用于測量變換反應器的床層壓差的測壓機構，以及用于引入空氣至各變換反應器A和B中以使所述催化劑發(fā)生燒炭反應而再生的氣體引入裝置C，該氣體引入裝置通過引入管線分別與兩臺變換反應器A和B的出口端A2和B2連通。合成氣變換設備100還包括分別與兩臺變換反應器A和B的入口端Al和BI連通的兩條分支排出管線20a和20b、與該兩條分支排出管線連通的總排出管線20以及監(jiān)測由該總排出管線排出的二氧化碳的濃度的二氧化碳分析儀E。在分支排出管線20a和20b內分別設有閥門2和閥門4。其中，閥門2用于響應所述測壓機構的輸出信號接通分支排出管線20a并且響應二氧化碳分析儀E的輸出信號關斷分支排出管線20a，閥門4用于響應所述測壓機構的輸出信號接通分支排出管線20b并且響應二氧化碳分析儀E的輸出信號關斷分支排出管線20b。其中，所述催化劑是在煤氣制合成氣技術領域中常規(guī)的催化劑。在合成氣變換反應開始之前，即利用反應器A和B中的催化劑對合成氣中的氫氣和一氧化碳的比值進行調整之前，合成氣首先從總輸入管線40輸入，經分支輸入管線40a以及反應器A的入口端Al進入反應器A，或經分支輸入管線40b以及反應器B的入口端BI進入反應器B。隨著合成氣變換反應的進行，在反應器A或反應器B內會出現(xiàn)壓差變化，壓差變化反應出催化劑的結焦或碳化程度。當壓差變化明顯時，所述測壓機構將會形成輸出信號?？梢岳斫?，測壓機構可以包含例如壓力傳感器、壓強傳感器以及能感應該反應器內的壓差變化并將這種變化轉換成輸出信號的任何已知的裝置。隨后，該輸出信號觸發(fā)自動控制程序。同樣可以理解，該輸出信號的形成及其觸發(fā)自動控制程序的方式可以是公知的任何方式，例如如前所述通過包括傳感器在內的裝置或機構來實現(xiàn)。例如，如果變換反應器A中的壓差符合判斷要求，則觸發(fā)所述自動控制程序，該自動控制程序會發(fā)出 指令斷開需要進行催化劑再生的變換反應器A與合成氣的連通。此時，煤炭氣化生成的合成氣通過總輸入管線40和分支輸入管線40b進入變換反應器B的入口端BI，經過與催化劑反應生成的合格氣體經變換反應器B的出口端B2從總輸出管線50排出。此外，用于通入空氣使催化劑發(fā)生燒炭反應而再生的氣體引入裝置C經總引入管線30和分支引入管線30a與變換反應器A的出口端A2連通。自動控制程序發(fā)出指令，打開蒸汽入口閥9，經蒸汽引入管線C I引入蒸汽，首先對反應器A中催化劑床層進行吹掃除塵。然后，發(fā)出指令關閉蒸汽入口閥9，同時打開空氣入口閥10，經總引入管線30和分支引入管線30a向反應器A中通入空氣(氧氣)進行催化劑燒炭反應，即催化劑再生反應。在變換反應器A中經催化劑再生反應生成的二氧化碳經該變換反應器的入口端Al從分支排出管線20a和總排出管線20排出。在總排出管線20內，設有監(jiān)測自總排出管線20排出的二氧化碳的濃度的二氧化碳分析儀E。二氧化碳分析儀E通過總排出管線20以及分支排出管20a和20b分別與兩臺反應器A和B的入口端Al和BI連通。在分支排出管線20a和20b內分別設有閥門2和閥門4，它們用于響應所述測壓機構的輸出信號接通分支排出管線20a和20b，并且響應二氧化碳分析儀E的輸出信號關斷分支排出管線20a和20b。二氧化碳分析儀E能夠將二氧化碳濃度符合標準的信號發(fā)送給所述自動控制程序，如前所述，這能以任何已知的方式實現(xiàn)，從而停止反應器A或B內的催化劑再生反應。因此，當二氧化碳分析儀E監(jiān)測到總排出管線20內的二氧化碳濃度符合標準時，形成輸出信號來表明變換反應器A中的催化劑已完成再生反應，并將該輸出信號發(fā)送給所述自動控制程序。自動控制程序在收到該輸出信號后發(fā)出斷開氣體通入裝置C與變換反應器A的連通，以停止向該變換反應器中通入空氣(氧氣)。這是通過依次關閉空氣引入管線C2內的空氣入口閥10、分支引 入管線30a內的閥門5以及分支排出管線內的閥門2完成的。至此，完成了在變換反應器A中的催化劑再生。變換反應器A中的催化劑恢復較強的活性，做好與合成氣進行變換反應的準備。隨后，所述自動控制程序發(fā)出指令斷開合成氣與變換反應器B的連通，反過來使合成氣通過總輸入管線及分支輸入管線40a經變換反應器A的入口端Al進入該變換反應器A，從而與其中的催化劑發(fā)生變換反應。經過與催化劑反應生成的合格氣體自變換反應器A的出口端A2經總輸出管線50被輸出。接下來或者與此同時，開始對變換反應器B中的催化劑進行再生，此過程與在變換反應器A中的催化劑再生過程基本相同。在變化反應器B中的壓差變化觸發(fā)所述測壓機構?；蛘?，僅僅是在反應器A完成催化劑再生反應并開始合成氣變換反應以后，自動地進行在反應器B中的催化劑再生。隨后，該測壓機構形成輸出信號，所述自動控制程序接收到該測壓機構所發(fā)送的輸出信號，發(fā)出指令停止合成氣通過總輸入管線40和分支輸入管線40b進入反應器B，并發(fā)出指令打開蒸汽入口閥9，經蒸汽引入管線Cl引入蒸汽，首先對反應器B中催化劑床層進行吹掃除塵，然后發(fā)出指令關閉蒸汽入口閥9，同時打開空氣入口閥10，經總引入管線30和分支引入管線30b向反應器B通入空氣(氧氣)，進行催化劑燒炭反應即催化劑再生反應。在變換反應器B中經催化劑再生反應生成的二氧化碳經該變換反應器的入口端BI從分支排出管線20b和總排出管線20排出。[0028]如此交替進行兩個變換反應器A和B中催化劑的再生，可以做到在對催化劑進行再生反應的同時，進行合成氣變換反應，而使整個合成氣變換過程的持續(xù)高效，顯著提高生產效率。更重要的是，避免使用人工監(jiān)測，以解決大量消耗人力以及可能造成人身傷害的問題?？梢韵氲?，自動監(jiān)測二氧化碳濃度的分析儀E可以采用本技術領域中所知的任何一種檢測二氧化碳濃度的裝置。在這里優(yōu)選紅外光學式二氧化碳分析儀，該紅外式分析儀的使用確保了當合成氣中的雜質、粉塵的含量和成分發(fā)生變化時仍能有效監(jiān)測和控制二氧化碳的濃度。應理解，二氧化碳分析儀E的設置位置只要滿足能監(jiān)測由總排出管線20所排出的二氧化碳的濃度即可。例如，二氧化碳分析儀E可以直接安裝在總排出管線20內，也可設置在總排出管線20的出口處，還可以是任何本領域普通技術人員認為能夠實現(xiàn)監(jiān)測二氧化碳濃度的安裝位置和方式。作為優(yōu)選方案，氣體通入裝置C可以是蒸汽引射器。本實用新型優(yōu)選使用高壓蒸汽引射裝置，其具有這樣的優(yōu)勢，在未引射空氣狀態(tài)下僅通入蒸汽對實現(xiàn)催化劑床層的加熱吹掃，再引射空氣完成催化劑燒炭再生。這樣，利用高壓蒸汽引射器的不同工作狀態(tài)完成不同的工作任務。此外，利用高壓蒸汽引射器替代蒸汽管線與空氣管線，使引入用于燒炭的空氣不會受到空氣管線壓力的影響。以上，描述了本實用新型合成氣變換設備的各組成部分的連接關系及大致的工作過程。接下來，參照附圖1對本實用新型的具體實施例進行詳盡描述。該實施例中所描述的過程與上述大致的技術方案略有差異，視為是根據(jù)本實用新型的催化劑再生制取合成氣設備的較優(yōu)方案。在描述過程中出現(xiàn)的相對位置術語例如“上”、“下”，“左”、“右”等類似用語均基于圖1本身的方向而言。當進行催化劑再生操作時，可以先將合成氣變換反應切換到兩臺反應器A和B之一，然后進行另一個反應器的催化劑再生。催化劑再生過程例如可以采用氣體吹除法與空氣(氧氣)燒炭法共同配合操作進行。即，先利用蒸汽引入管線Cl引入蒸汽對變換反應器中的催化劑床層加熱吹掃，將粉塵除去，然后打開空氣引入管線C2引入空氣(氧氣)，執(zhí)行催化劑燒炭操作，使催化劑表面的結焦、焦油、碳層等燃燒生成CO2。如圖1所示，在反應器A內鋪設有催化劑。當催化劑床層的壓差增大到一定程度時，如前所述，通過反應器A所具有的測壓機構檢測到這種壓差變化并產生輸出信號，該輸出信號將觸發(fā)自動控制程序。在這里，測壓機構是壓差表Pl，其直觀地顯示在反應器A內的壓差。隨后，該自動控制程序發(fā)出指令，使反應器B下方的變換氣出口閥8打開例如10%的開度，從反應器B底部使反應器B達到均壓，這可由壓差表P2直觀地顯示。當兩臺反應器A和B的壓差小于0.1MPa時，所述自動控制程序發(fā)出指令，快速地將反應器B下方的變換氣出口閥8完全打開，使反應器A和B同時運行。緩慢打開反應器B上方的合成氣入口閥3，同時緩慢關閉反應器A的入口閥I與出口閥6，斷開反應器A與合成氣的連通，即將反應器A隔離。[0037]如圖1所示，蒸汽引射器C與用于引入蒸汽的蒸汽引入管線Cl連通并與用于引入空氣的空氣引入管線C2連通。在蒸汽引入管線Cl內設有蒸汽入口閥9，在空氣引入管線C2內設有空氣入口閥10。在這里還可以想到，在空氣入口閥10與蒸汽引射器C之間增設空氣過濾器D，以減少通入反應器中的空氣所攜帶的雜質。在將反應器A隔離以后，可開始對蒸汽引射器C左側的蒸汽入口閥9前部的蒸汽管道(未示出)進行暖管操作，例如持續(xù)3小時。在暖管結束后，將反應器A下方的閥門5以小開度打開。蒸汽引射器C左側的蒸汽入口閥9打開，引入蒸汽。隨后，將閥門2打開。以一定的溫升和速率加熱催化劑床層達到400°C。繼續(xù)通入蒸汽3小時，連續(xù)對催化劑床層的粉塵進行吹除。之后，緩慢打開空氣入口閥10，用蒸汽引射空氣，引起催化劑燒炭反應而實現(xiàn)再生，在此優(yōu)選控制床層溫度小于500。。。空氣入口閥10的開度與反應器A和B內催化劑床層的溫度密切相關。反應器A和B內的催化劑床層的溫度分別由溫度表Tl和T2顯示。另外，催化劑床層的溫度會在反應期間被不斷地反饋到所述自動控制程序，以進行催化劑床層溫度以及空氣入口閥10開度的調整。接下來，當二氧化碳分析儀E分析得到排出的CO2的濃度小于2%時，向所述自動控制程序發(fā)送輸出信號，以停止催化劑燒炭反應并最終完成再生過程。最后，該自動控制程序控制空氣入口閥10關閉、閥門5關閉和閥門2關閉。隨后，可以切換到對反應器B中的催化劑進行燒炭反應再生。由于反應器B中催化劑的再生過程與與此過程相同，在此不再贅述。要說明的是，雖然本文中多次提到自動控制程序，該程序可以例如通過軟件執(zhí)行，但是，從廣義上講，這種接收反應器中的壓差輸出信號而被觸發(fā)的自動控制還可以通過控制單元、控制器以及任何控制裝置和/或設備實現(xiàn)。該控制單元、控制器以及任何控制裝置和/或設備接收到反應器A和B的所述測壓機構的輸出信號而啟動，進而發(fā)出指令控制設于各條管線中的閥門按照一定順序打開和/或關閉，完成合成氣變換反應以及催化劑再生反應。當二氧化碳分析儀E監(jiān)測到所述總排出管線排出的二氧化碳的濃度達到要求值時，產生輸出信號并傳送至控制單元或控制器，以停止反應器中催化劑的再生反應。對于本領域技術普通人員而言，無論是自動控制程序，還是控制單元或控制器，盡管在表述上有所不同，但它們在本實用新型中起到的作用都是相同的，如前所述。由于再生后的催化劑溫度較高，作為進一步優(yōu)化，可以考慮在反應器A和B中設置催化劑冷卻器(未示出)，以幫助催化劑恢復到理想的溫度，進而與合成氣發(fā)生變換反應。盡管本實用新型是在具體實施例、特征、方案的背景下揭示，本領域技術人員應理解，本實用新型超越具體揭示的實施例而包含本實用新型的替代性實施例和/或用途及本實用新型的各種修改案及等效案。因此，應理解，所揭示的實施例的各種特征及方案可彼此組合或替代，以實現(xiàn)本實用新型的目的。因此，本文所揭示的本實用新型的保護范圍不應由上述具體實施例或 具體特征所限制。
權利要求1.一種合成氣變換設備，包括: 內部鋪設有催化劑的兩臺變換反應器(A，B)，各變換反應器具有用于測量該變換反應器的催化劑床層壓差的測壓機構； 用于引入空氣至各變換反應器(A，B)中以使所述催化劑發(fā)生燒炭反應而再生的氣體引入裝置(C)，該氣體引入裝置通過引入管線分別與所述兩臺變換反應器(A，B)的出口端(A2, B2)連通； 其特征在于，還包括分別與所述兩臺變換反應器(A，B)的入口端(A1，B1)連通的兩條分支排出管線(20a，20b)、與該兩條分支排出管線連通的總排出管線(20)以及監(jiān)測由該總排出管線排出的二氧化碳的濃度的二氧化碳分析儀(E)，其中在所述分支排出管線(20a, 20b)內分別設有閥門(2，4)，該閥門(2,4)響應所述測壓機構的輸出信號接通該分支排出管線(20a，20b)并且響應該二氧化碳分析儀(E)的輸出信號關斷該分支排出管線(20a, 20b) ο
2.根據(jù)權利要求1所述的合成氣變換設備，其特征在于，還包括用于接收所述測壓機構的輸出信號和所述二氧化碳分析儀(E)的輸出信號從而控制所述閥門(2，4)的控制設備。
3.根據(jù)權利要求1所述的合成氣變換設備，其特征在于，所述氣體引入裝置(C)是蒸汽引射器，該蒸汽引射器與用于引入蒸汽的蒸汽引入管線(C I)連通并與用于引入空氣的空氣引入管線(C2)連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的合成氣變換設備，其特征在于，在所述蒸汽引入管線(Cl)內設有蒸汽入口閥(9)，在所述空氣引入管線(C2)內設有空氣入口閥(10)。
5.根據(jù)權利要求4所述的合成氣變換設備，其特征在于，在所述蒸汽引射器(C)和所述空氣入口閥(10)之間設有空氣過濾器(D)。
6.根據(jù)上述權利要求1-5中任一項所述的合成氣變換設備，其特征在于，所述二氧化碳分析儀(E)是紅外光學式二氧化碳分析儀。
7.根據(jù)上述權利要求1-5中任一項所述的合成氣變換設備，其特征在于，該設備還包括設置在所述變換反應器(A，B)中的催化劑冷卻器。
專利摘要本實用新型涉及合成氣變換設備，其包括內部鋪設有催化劑的兩臺變換反應器，各變換反應器具有用于測量該變換反應器的床層壓差的測壓機構，用于引入空氣至各變換反應器中以使所述催化劑發(fā)生燒炭反應而再生的氣體引入裝置，該氣體引入裝置通過引入管線分別與所述兩臺變換反應器的出口端連通。還包括分別與所述兩臺變換反應器的入口端連通的兩條分支排出管線、與該兩條分支排出管線連通的總排出管線以及監(jiān)測由該總排出管線排出的二氧化碳的濃度的二氧化碳分析儀。在所述分支排出管線內設有閥門，該閥門用于響應所述測壓機構的輸出信號接通該分支排出管線且響應該二氧化碳分析儀的輸出信號關斷該分支排出管線。
文檔編號G01N21/00GK203079680SQ20122074551
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者武蒙 申請人:內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司