[发明专利]CO变换反应炉

说明书

技术领域

本发明属于CO耐硫变换技术领域，具体涉及一种CO变换反应炉。

背景技术

在CO耐硫变换领域中，常见的反应炉炉型有绝热反应炉和等温反应炉。绝热反应炉的床层温度从入口到底部呈递增分布，底部的热点温度高低由反应深度决定，影响反应深度的因素有水气比、CO含量、温度，水气比大、CO含量高、床层温度低，反应深度就深。CO 变换反应是放热反应，反应深度大，床层热点温度就高，绝热反应炉难以避免地会出现超温现象，对催化剂寿命和设备造成不良影响，而且床层温度高有利于甲烷化副反应，因而限制了工艺选择；等温反应炉是将反应热全部取走，控制整个床层温度在低温范围内，加大了反应深度，避免了超温现象，但在热力学上低温降低了反应速度。因此结合动力学、热力学因素综合考虑，CO变换反应存在一个最佳温度区间，在此温度区间内同时兼顾到反应深度和反应速度，因而将反应放热部分取走，控制反应炉床层温度在最佳温度区间内最为理想。

水气比作为CO耐硫变换工艺的主要标志，一般划分为高水气比工艺和低水气比工艺，高水气比工艺能够有效抑制甲烷化副反应，但反应深度大，床层热点温度高，在开工时负荷低常有超温现象。低水气比反应深度低，床层热点温度低，但易发生甲烷化副反应，需严格控制热点温度在发生甲烷化副反应的温度以下。随着目前煤造气工艺产生的合成气CO含量越来越高，低水气比工艺越来越受到青睐，无论高水气比工艺还是低水气比工艺，都需设置多段变换，达到CO含量要求，而低水气比工艺反应段数比高水气比工艺多。

文献《CO变换炉设备结构设计的发展》(化工设备设计,1996.6)中给出了两种工艺的CO 变换炉结构，在变换炉内设盘管或列管换热，移走反应热，实现等温变换。

专利CN01142861涉及的反应器，催化剂装填在列管式反应器的管束中或内置盘管的塔釜式等温耐硫变换反应器中，原料气首先经过煤气加热器加热，然后进入等温耐硫变换反应器；反应产生的热量通过反应器内列管间或盘管中的传热介质移走，实现等温变换。该发明的反应器为等温反应器，不是在变换炉的特定位置设置换热装置，没法实现部分取热。

专利CN201210215513涉及的工艺的技术方案为在工艺气进入变换炉之前，先经过一个降温装置和一个提温装置，在不影响工艺气的水气比前提下，将其温度进行调节后再进入1# 主变换炉，从而调节主变换系统床层温度，该专利不是在变换炉内部换热。

发明内容

本发明的目的是提供一种CO变换反应炉，有效的控制床层温度，避免甲烷化副反应，并兼顾到反应速度，有效设置一段变换就能变换到CO含量要求，适用于不同水气比、CO含量的工艺。

本发明所述的CO变换反应炉，包括炉体，炉体上部设有进料口，炉体下部设有出料口，炉体内部设有催化剂床层，离炉体顶部距离占炉体高度的16％～22％处设置第一换热装置，第一换热装置由第一大换热盘管和第一小换热盘管组成，离炉体底部距离占炉体高度的 20％～25％处设置第二换热装置，第二换热装置由第二大换热盘管和第二小换热盘管组成，通过将第一换热装置和第二换热装置设置在这两个位置，能在催化剂床层轴向上的位置取走反应热，达到最佳换热效果。

第一大换热盘管和第二大换热盘管直径为炉体直径的75％～55％，第一小换热盘管和第二小换热盘管直径为床层直径的45％～55％，第一大换热盘管和第二大换热盘管选择这样的直径，使换热装置在催化剂床层径向上分布合理，有效的控制床层温度在320℃～380℃，达到了最佳换热效果。

其中：第一换热装置和第二换热装置的总高度为炉体高度的20％～26％，将换热装置选择为这个高度，使换热装置在催化剂床层轴向位置上合理分布，达到最佳换热效果。

使用时，在催化剂床层上放置CO变换反应催化剂，从进料口往炉体内通工艺气，工艺气的主要成分为CO和H₂O，工艺入口参数：水气比为0.1～1.6，CO含量为60％～20％。CO 变换反应催化剂为常规市售产品，在催化剂作用下，CO和H₂O反应生产H₂和CO₂。换热装置可采用上进气或下进气，通过选择合适的设置位置、直径及高度的换热装置，有效的控制床层温度在320℃～380℃，实现了对催化剂床层部分取热，兼顾了反应深度和反应速度，使催化剂性能得到最佳发挥，适用的水气比和CO含量范围大，只需一段变换即可满足不同工艺需求。

综上所述，本发明具有以下优点：