[发明专利]合成氨厂CO变换方法

说明书

本发明是合成氨厂把CO变换成H₂和CO₂的一种方法，属于合成氨生产气体净化技术的一部份。

石油化学工业出版社1976年3月出版的《合成氨工学》第二卷合成氨原料气的净化    姜圣阶等编著    第十一章    一氧化碳变换（134页）和成都科技大学出版社1988年1月出版的《小氮肥生产工艺》    姜德村编    第五章    一氧化碳变换    （105页）给出了CO变换现行技术的各种方法。综合起来，现行CO变换方法有两种。第一种是以装中温变换催化剂的中温变换炉为中心的中温变换系统流程，简称中变流程。第二种是中变流程串装低温变换催化剂的低温变换炉，简称中低变流程。中变系统流程是装中变催化剂的中变炉在300℃以上的温度进行CO变换，中变炉分为二段或三段，在炉内设段间水蒸发器或设蒸气冷激管或设水冷激管或设半水煤气冷激管，或在炉外设段间换热器、段间水加热器等方式移去反应热、降低反应温度;附属热水塔、水饱和塔、中变换热器、热水循环泵、上水泵等设备回收热量;出口变换气含CO3%以上，后面还必须经铜洗工段（或液氮洗涤工段）处理才能达到合成氨的要求。其缺点是变换反应温度在300℃以上，流程长，设备多，占地多，工艺复杂，操作麻烦，材质要求高，投资大，耗能多，工艺成本高;后边还必须经铜洗工段处理才能达到要求。第二种方法只是串上低温变换炉，将含CO3%以上的中变气进一步降到含CO0.4%以下，后面可用较简单的甲烷化方法处理合格。这只是用低变炉加甲烷化代替了铜洗工段，同样存在上述缺点。

本发明的目的是为克服现行合成氨CO变换方法存在的缺点而提供一种无中温变换系统流程的装低温变换催化剂的内设有移热管的低变炉，既能将CO含量降到0.4%以下，又能回收反应热转化为蒸汽的CO低温变换方法。

本发明的目的通过以下措施实现：

1.不用中温变换系统流程，将含CO的原料转化气或半水煤气升温到210℃左右并配入一定比例的水蒸汽直接引入装有低温变换催化剂，设有水蒸发移热管的低温变换炉内进行变换反应。

2.在低温变换炉内设足够传热面积的水蒸发移热管，用上水泵打入凝集水或热软水在管内蒸发成蒸汽移去反应热，蒸汽引出低变炉作变换用蒸汽或作其它用;调节移热管进口水量、水温、或出口蒸汽的流量、压力等都可调节控制低变炉的反应温度和出口低变气的温度。移热管的形状、结构有多种，只要能移走反应热、控制反应温度在210℃～250℃，控制出口汽温度在230℃～250℃，并将水蒸汽引出变换炉即可。

本发明与现有CO变换方法相比具有以下优点：

1.去掉了中变系统流程，流程缩短，设备少，占地少，可节省大量投资。

2.去掉了大排量的热水循环泵，设小排量的上水泵，降低了电耗。

3.流程缩短，散热面积减少，提高了反应热的回收率并转化为蒸汽，可降低外供蒸汽用量。

4.不用中温变换催化剂，用低温变换减少了材料消耗和降低对材质的要求。

5.当前我国以煤焦为原料的中小合成氨生产厂还不能去掉铜洗工段搞甲烷化，主要原因是CO含量保证不了0.4%以下。本发明由于控制了低变反应温度，出口变换气含CO能保证达到0.4%～0.2%以下，即可去掉铜洗工段搞甲烷化;这样全国上千家中小氮肥厂合成氨成本可望有较大幅度降低。

6.流程短、设备少可减少操作人员。

附图图面说明如下：

附图1为实施例工艺流程图

半水煤气（35℃）由低变换热器（1）壳程下部进入，在壳程中上部（五分之四高）配入175℃～200℃水蒸汽切向进口，从壳程上部出换热器温度为200℃～210℃引入装有B₃₀₁耐硫低变催化剂的低温变换炉（2）下部进口，经气体分布板进入催化剂层进行变换反应;反应热由上水泵（3）打入水蒸发移热管（4）的凝集水汽化为蒸汽带走，通过集汽管（5）引入汽包（6）分离水份后蒸汽去配蒸汽管作变换反应用;变换炉反应温度控制在210℃～250℃，出口变换气温度控制在230℃～250℃，变换气引入换热器（1）管程进口（上部）从管程下部出口去下一工序;变换炉反应温度和出口气温度由控制上水泵出口水量来控制;汽包（6）设有液面计（7），补充凝集水由汽包中部加入;变换炉内设有热电偶测温点T₁、T₂、T₃、T₄。

附图2为水蒸发移热管单层排布图，各移热管平行排布。