[实用新型]变换气反应系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种化工行业的变换系统，具体涉及一种变换气反应系统。

背景技术

采用变换反应调整煤气中CO与H₂的比例，从而制取化工产品如甲醇、合成氨、天然气等是煤化工中一个重要的途径。以合成氨为例，合成氨生产需要的原料气是氢气和氮气，而粗煤气一般含有较大量的CO，高者可达70％以上，需要将其与水反应转化成CO₂与H₂。一氧化碳变换是粗煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，在变换反应器中与水蒸汽反应，生成二氧化碳和氢气的工艺过程。

变换反应属强放热反应，且是一个热力学控制的过程，工业上变换装置多采用绝热固定床反应器，这种反应流程一般配置多段反应器和多台换热设备，工艺路线长，系统阻力大，工程投资大，运行能耗高、低品位热能多但却不能有效利用，系统能耗高，反应器易飞温、催化剂容易高温失活等问题。

发明内容

本实用新型目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、控制可靠、设备投资低、运行成本低、节能降耗、催化剂使用寿命长、获得高品位蒸汽的一氧化碳变换系统。

本实用新型系统中，包括依次连接的煤气分离器、煤气过滤器、蒸汽混合器和煤气预热器，其特征在于，所述蒸汽混合气经煤气预热器的管程或壳程与等温反应器连接，所述等温反应器再经煤气预热器的壳程或管程与绝热反应器连接；其中，所述等温反应器包括壳体，所述壳体内的上段和下段分别设有上室布水器和下室布水器，所述上室布水器与下室布器之间经均匀布置的多根换热管连接，所述上室布水器与壳体顶部的水汽出口管连通，下室布水器与壳体底部的锅炉给水管连接，所述壳体顶部设有原料气进口、底部设有反应气出口管，所述壳体的中段填充有催化剂床层，反应室中心管位于壳体中段中心线位置且与反应气出口管连通。

所述反应室中心管下段均匀开有多个小孔，小孔孔径为0.1mm～20mm。

所述上室布水器位于上室支撑板内，所述上室支撑板距离壳体壁面具有环隙，所述混合气经环隙向下流入催化剂床层。

所述下室布水器位于下室支撑板内。

所述壳体上的水汽出口管均匀布置有2根，所述锅炉给水管均匀布置有2根。

所述水汽出口管与汽包的蒸汽管道连接，所述锅炉给水管与汽包的锅炉给水管道连接。

发明人改变了过去一氧化碳变换工艺采用多段绝热反应器及多台换热器串联的流程，改用一台恒温的等温反应器，同时为提高粗煤气的转化率，仅串联了一台低温绝热反应器，并对等温反应器的结构也进行了改进，主要表现在以下方面。

首先，发明人设置等温反应器串联低温绝热反应器来使粗煤气进行充分变换反应。通过设置等温反应器维持系统恒温在320～340℃，便于控制系统温度，有效防止系统升温，避免催化剂高温失活；设置串联的绝热反应器，保持系统低温控制在250～270℃，利用低温下绝热反应器内充分反应的原理，使系统内粗煤气充分反应，提高原料气转化率。

其次，发明人对等温反应器进行改进，通过向换热管内通入锅炉给水，可对等温反应器内的催化剂床层高效换热，移除变换反应热量，保证等温反应器内温度恒定，避免催化剂高温失活，同时副产高品位蒸汽，改变传统绝热多段变换反应流程，优化工艺流程，减少反应器及换热器的数量，节省装置投资，便于操作管理；通过设置下室布水器，使锅炉给水能均匀的进入每根换热管中，保证催化剂床层温度均匀，避免床层温度不均导致的催化剂失活，提高催化剂的使用寿命。

进一步的，将反应室中心管设置在壳体中段的中心线上，保证混合气以尽可能长的行程穿过催化剂床层与催化剂进行充分反应，然后再进入反应室中心管；在反应室中心管的下段管壁上均匀开有多个小孔，这样就可使混合气向催化剂床层中心集中的同时还增加了下行的路线才能由反应室中心管引出，提高催化反应的均匀性和系统的稳定性。小孔孔径为0.1mm～20mm，过大会造成原料气未充分进行催化反应就通过大孔离开系统，从而降低原料气转化率，也造成原料的浪费；过小会加大系统阻力降，使发生变换反应后的气体不能及时移出系统。

所述上室布水器和下室布水器可安装在对应的上室及下室支撑板内，所述上室支撑板距离壳体壁面具有一定环隙，起到为混合气导向作用，使混合气经环隙沿壳体壁面下行，从催化剂床层的周部向中部行进。