[发明专利]束管式水床移热复合型CO变换装置及变换工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种CO变换反应装置及工艺，尤其涉及到煤化工等领域对原料气进行CO变换，生产CO₂和H₂的基本工艺，具体涉及束管式水床移热复合型CO变换装置及变换工艺。

背景技术：

煤化工、天然气化工、煤层气化工、沼气化工等涉及到要制取H₂气或CO₂等气体的工业中，均涉及到原料气中CO的变换转化，尤其目前大力推广的环保型粉煤气化炉、水煤浆气化炉等此类加压的、高浓度的CO原料气体，它们在目前节能性能较好的催化剂(Co-Mo系、Cu-Zn系等)作用下，在适宜的反应条件下，使CO和H₂O反应生成CO₂和H₂，并放出热量，其反应方程式为：CO+H₂O＝CO₂+H₂+Q_放。由于目前采用了纯氧制气的水煤浆或粉煤气化方式，原料气中的CO含量很高，达到45％～65％，目前传统的绝热变换由于受“反应温升”限制，为防止“飞温”，则采用多床层串联式变换炉，往往一个变换工序有至少四台变换炉，当CO含量高时，达到四台以上的变换反应器，由于原料气中的CO含量很高，产生的“温升”较高。

为了解决上述问题，申请号为2012101857319的专利申请提供了一种副产高品位蒸汽节能深度转化的水移热变换工艺，在该变换工艺中，采用两级变换炉工艺，两级变换炉均为水移热变换炉，利用水移热换热炉内部的水管将反应热移出，分别副产2.56-9.0MPa和0.5-2.5MPa的饱和蒸汽，使得变换炉的出口温度变的易于控制，在该申请所述的技术方案中，为了获得较高品质的蒸汽及提高CO的反应效率，在第一级变换炉中，反应温度的上限设置控制在400℃，由于反应温度达到330℃时，开始有甲烷产生，较高的反应温度可以得到较高的CO反应效率，但却使得变换气的成分变的复杂，增加了后续处理的难度和费用。

在上述申请中，第二级变换炉采用了一段式的反应炉，一段式的反应炉的炉体的结构相对简单。经过一级变换炉后，原料气中的大部分CO已完成转化，二级变换炉实际的作用是提高CO的转化率，以提高原料气的利用效率，由于在二级变换炉中变换气中CO的浓度已非常低，一段式的变换炉如果要使CO的转换率较高，就要使变换炉具有较大的长度，以延长变换气在二级变换炉中的停留时间，这不但需要制作体积较大的反应炉，也增加了生产的控制难度，不利于整个生产的平稳进行。

发明内容：

因此有必要提供一种技术方案，在保持CO转换效率的基础上，尽可能避免甲烷化反应的产生，以及合理地利用反应过程中产生的热能。

为了达到上述目标，本申请提供的第一方案是束管式水床移热复合型CO变换装置，包括束管式水床反应器、多段式变换反应器、第一汽包、第一换热器、第二换热器和脱毒罐；

束管式水床反应器的顶部设置有气体进口A和冷媒出口A，在底部设置有气体出口A和冷媒进口A，在该束管式水床反应器中设置有用于移出反应热的水冷集束管组合件，水冷集束管组合件的上端通过上封头与冷媒出口A连通，水冷集束管组合件的下端通过下封头与冷媒进口A连通；水冷集束管组合件由水冷集束管围成一个用于放置催化剂的空腔，空腔的上下两端收缩、中间大，在集束管间放置催化剂；

多段式变换反应器至少包括首段反应段和末段反应段，在首段反应段上设置有首段气体进口IB和首段气体出口IB，在末段反应段上设置有末段气体进口IIB和末段气体出口IIB；

第一汽包设置有出水口A、回水口A、蒸汽出口A和进水口A；

第一换热器的冷媒通道经脱毒罐连通束管式水床反应器的气体进口A，束管式水床反应器的气体出口A依次经第一换热器的热媒通道和第二换热器的冷媒通道后、连通多段式变换反应器的首段气体进口IB，多段式变换反应器的首段气体出口IB经第二换热器的热媒通道后连通末段气体进口IIB；

第一汽包的出水口A连通束管式水床反应器的冷媒进口A，第一汽包的回水口A连通束管式水床反应器的冷媒出口A。

本发明束管式水床移热复合型CO变换装置中，设计了两级变换反应器，其中第一级变换反应器采用目前技术较为先进且成熟的束管式水床反应器，束管式水床反应器内的反应热通过第一汽包进行回收，用于生产蒸汽或作为其它热源。