[发明专利]一种多级复合式变换装置及变换工艺

说明书

本申请提出了一种多级复合式变换装置，其包括第一反应器，其包括设置有粗煤气进口管、冷激气管和一段变换气出口管的绝热反应部，和设置有二段变换气进口管、二段变换气出口管、进水管和汽水混合物出口管的控温反应部；第二反应器，其包括安装有进气管、冷媒进口管、冷媒出口管和排气部的上反应部和与上反应部连通的下反应部；一段变换气出口管经第一混合器连通二段变换气进口管，二段变换气出口管经第二混合器连通进气管，锅炉水管连通第一混合器、第二混合器和冷媒进口管，汽包上的蒸汽出口管连通第一混合器和第二混合器。本申请还公开了采用上述多级复合式变换装置的变换工艺。利用本申请，能够保证CO的转换率，并能够有效地降低气体中的COS。

技术领域

本发明涉及一种多级复合式变换装置及采用该变换装置的变换工艺。

背景技术

在煤化工中，将粉煤气化后所制得的原料气进行变换反应，生成变换气，使原料气中的 CO转化为CO₂，同时产生H₂，变换气用于制氨或制氢，在目前，在变换反应过程中，一般均要联产蒸汽，为适应自身各种压力蒸汽的需要，均通过变换反应获取多种压力的蒸汽，以供生产所需，因此常常导致反应时间过长，CO转化无法有效提高，且生产工艺流程长。

在目前，由于CO的变换反应的流程较长，一般均依照反应温度的不同设置多个反应器，各反应器之间采用管道进行连接，这种设备布置方式的优点是降温和设备间的换热方式灵活方便，且设备的检修方便，但是整套装置的布置面积较大，管线较多。

为了减少占地面积，开发了一种单炉多段式反应器，即在一个炉内既设置绝热段也设置控制段，或设置多个绝热段，这种反应器的优点是占地少，管线少，但是结构复杂，制造成本高，且催化剂的装填和排放均不方便。

另外，目前所采用的煤气化工艺中，所产出的合成气中的CO干基体积比一般为60％以上，水气比一般为0.7-1.0。当采用这种合成气生产合成氨原料气时，由于合成氨需要将合成气中的CO最大限度地转化为氢气，通常需要1.2以上的高水气比才能满足要求，但是高水气比会加大合成气的体积，需要更大的变换反应器，而且反应也更加剧烈，反应极易出现飞温现象，使得生产工艺的控制变得更加复杂。大型的变换反应器，不但制造成本，而且维护成本也较高。采用成本更大的变换反应器，并在复杂的控制条件下进行变换气的生产，其成本也相应地提高。同时高水气比，使得蒸汽的消耗量加大，成本增加。如何合理地利用现有的合成气，并在更低的成本下生产变换气也成为一个现实问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出了一种多级复合式变换装置，其包括第一反应器、第二反应器、汽包和换热器；该第一反应器包括绝热反应部和控温反应部，在绝热反应部上设置有粗煤气进口管、冷激气管和一段变换气出口管；在控温反应部上设置有二段变换气进口管、二段变换气出口管、进水管和汽水混合物出口管；

该第二反应器包括上反应部和下反应部，该下反应部为绝热反应部，在上反应部上安装有进气管、冷媒进口管、冷媒出口管和排气部；在下反应部上设置有排气管，排气部连通上反应部和下反应部；

一段变换气出口管经第一混合器连通二段变换气进口管，二段变换气出口管依次经换热器的热媒通道和第二混合器后连通进气管，锅炉水管分别连通第一混合器、第二混合器和上反应部的冷媒进口管，第一反应器的控温反应部的汽水混合物出口管和第二反应器的上反应部的冷媒出口管均连通该汽包，汽包上的蒸汽出口管分别连通第一混合器和第二混合器；

粗煤气进口管和冷激气管均连通换热器的冷媒通道。

本申请中，仅设置第一反应器和第二反应器两个反应器用于CO的变换，不再设置其它 CO变换反应器。第一反应器为CO的主反应器，第二反应器为CO的深度反应器，在第一反应器内，95％以上的CO已经完成，第二反应器主要用于将剩余的CO进行转换，以保证CO的转换率，最大限度地降低CO的含量，为后续反应提供便利。利用本申请能够有效地降低气体中的COS。