[实用新型]一种充分利用反应热的高浓度CO的耐硫变换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种耐硫变换装置，具体涉及一种充分利用反应热的高浓度CO的耐硫变换装置。

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、BGL等为代表的粉煤气化工艺所产生的工艺气中CO的干基（扣除所含水分后的组成）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（水与其它气体组分的摩尔比）提高到1.8左右可以把床层下部的温度降至460℃以下；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。

由以上可见，对于高浓度CO的变换系统，解决过热超温问题以及充分利用反应放出的热量，是降低操作费用、保证装置长周期稳定运行的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种使变换反应所产生的热量得到充分利用的高浓度CO耐硫变换装置；既无须设置预反应器，节约设备投资；避免发生甲烷化反应的危险；又能够有效防止变换反应器床层温度过高；不仅不消耗蒸汽，还可以外供中压蒸汽。

本实用新型所述的充分利用反应热的高浓度CO耐硫变换装置，包括依次串联的两级变换反应器，一级变换反应器的催化剂床层分为上下两段，下段催化剂床层出口与二级变换反应器进口的管路上设置中压蒸汽发生器，中压蒸汽发生器通过管路分别与上下两段催化剂床层之间和蒸汽管网相连。

所述的下段催化剂床层出口与中压蒸汽发生器之间的管路上设置气气换热器，气气换热器与一级变换反应器的上段催化剂床层入口通过管路相连。

所述的二级变换反应器出口的管路上设置气气换热器，气气换热器与一级变换反应器的上段催化剂床层入口通过管路相连。

粉煤气化工艺所产生的工艺气的主要成分为CO、H₂、CO₂和水，另外还有少量的N₂、H₂S、COS、CH₄等，其中CO的干基组成大致为60%～75%，水气比0.15~1.3，如：Shell气化后接废热锅炉水气比为0.2左右，其它粉煤气化如果采用激冷工艺水气比为0.8~1.2。进入变换单元的气体压力一般为3.5~6.5MPa。

变换反应（CO+H₂O→CO₂+H₂）是放热反应，随着反应的进行，催化剂床层温度逐渐升高。水是反应物，水气比大，有利于提高变换反应的转化率；同时由于水的比热比较大，因此水也是热的载体，水气比大有利于降低催化剂床层温度。水气比还对工艺气体进入催化剂床层的温度有影响，为防止液体水进入催化剂床层，一般要求入口温度比露点温度高20℃以上；水气比越高，露点温度越高，相应要求床层入口温度越高。

粉煤气化CO的干基组成一般在60%以上，水气比无论是0.2左右，还是0.8~1.2，一级变换反应器的床层热点温度都在400℃以上，因此一级变换出口气体可以作为产生4.0MPa、250℃左右的中压蒸汽的热源，所产生的中压蒸汽可以引入变换反应器，提高变换反应的水气比。同时一级变换出口气体经中压蒸汽发生器（中压废热锅炉）后温度得以降低，有助于降低二级变换反应器入口温度。