[发明专利]用于高浓度CO的耐硫变换反应器及耐硫变换工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高浓度CO的耐硫变换反应器及耐硫变换工艺，属于耐硫变换技术领域。

背景技术

煤气化所产生的工艺煤气中，以Shell、GSP、东方炉、航天炉等为代表的粉煤气化工艺所产生的工艺气中CO的干基组成大致为60%～75%。CO高达60%以上进入变换反应器，同样变换反应条件下，反应床层下部的反应温度一般会接近500℃，甚至超过530℃，这样就对反应器的材质提出了特殊的要求，增加了反应器的造价，也增大了装置操作的不安全性。

目前解决高浓度CO变换超温的方法一种是采用高水气比降低床层温度，如把水气比提高到1.8左右可以把床层下部的温度降至460℃以下；所加入的蒸汽可以采用利用本身反应放热所产生的蒸汽，但需要使用废热锅炉，投资较大；另一种是在主变换反应器之前增加一个预反应器，预变换反应产物经喷水降温或者换热降温后再进入主变换反应器，也需要额外增加设备；还有一种方法是第一变换反应器采用很低的水气比（如0.2～0.4），来限制CO的转化率，但随着反应的进行水气比越来越低，在高温、低水气比下存在发生甲烷化反应的危险；而且目前粉煤气化基本上采用激冷流程，水气比为0.8~1.2，如果采用水气比为0.2~0.4的低水气比变换工艺，需要先把水气比降下来，进入后续变换之前再补加水或蒸汽。

由此可以看来，现有技术中对于高浓度一氧化碳的变换系统，变换反应器负荷的增加以及所导致的变换催化剂过热超温问题，一直是困扰目前粉煤气化装置正常生产的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不改变从气化单元来的工艺气水气比的高浓度CO耐硫变换反应器及耐硫变换工艺，其蒸汽消耗量低，且无须设置预反应器及换热器，避免发生甲烷化反应的危险，不仅能够有效防止变换反应器床层温度过高，而且使反应器内变换反应所产生的热量得到充分利用。

本发明所述的用于高浓度CO的耐硫变换反应器，包括反应器壳体，反应器壳体上部设置进气管线，下部设置出气管线，反应器壳体内部设置上段催化剂床层和下段催化剂床层，上段催化剂床层和下段催化剂床层之间的壳体上设置进水管线。

所述的上段催化剂床层和下段催化剂床层之间可以设置填料层，填料层位于进水管线入口位置的下方。进水管线位于反应器中间部位，位于反应器有效高度的35%~65%范围内。

H₁/（H₁+H₂）=20%~80%，其中H₁为上段催化剂床层的高度，H₂为下段催化剂床层的高度。即上段催化剂床层的高度为上段催化剂床层与下段催化剂床层总高度的20%~80%。

进水管线的作用是当床层温度超出反应器或催化剂的使用温度时，向反应器内喷入液态水、水蒸气或者水与水蒸汽的汽-液混合物，水的加入方式采用喷淋方式加入，优选采用喷头等喷淋设备以雾化等均匀形态加入。

填料层的作用是使得通过进水管线加入的水，尤其是液态水或者水与水蒸汽的汽-液混合物，与来自上段催化剂床层的工艺气充分混合，液态水基本完全气化再进入下段催化剂床层。填料层中的填料为拉西环、鲍尔环、规整填料、氧化铝瓷球以及其他大比表面、可以满足气液两相介质充分接触的物质。填料层高度一般为0.3~2米，以使液态水完全气化为宜。

当进水管线加入的水主要是水蒸气时，可以不用填料层，直接加入即可。优选采用变换压力下的饱和水蒸气。加入的水主要为液态水时，由于水的汽化潜热很大，少量的水就可以达到降温的目的；加入的水主要为水蒸气时，虽然降温效果不如液态水，但可以省去填料层，设备简单，投资低，当只需要把温度降低几十度或者作为应急措施时，优选加入水蒸气。

本发明在上、下段催化剂床层之间加入水，用简便的方式降低床层温度，同时提高了水气比，也有利于提高CO的变换率。

本发明采用水蒸气与高浓度一氧化碳反应，应用于羰基合成气、含氢混合气的生产。

所述反应器的耐硫变换工艺有如下两种方式：

（1）工艺气由进气管线进入到反应器中，经过上段催化剂床层变换反应，再与由水管线进入的水进行混合后，最后进入下段催化剂床层进行变换反应；

（2）工艺气由进气管线进入到反应器中，经过上段催化剂床层变换反应后，再与由水管线进入的水进行混合并在填料层充分接触后，最后进入下段催化剂床层进行变换反应。

上段催化剂床层入口的工艺条件：水/气体积比0.6~1.6、干气空速2000~12000h^-1、入口温度220~300℃；