[发明专利]间壁换热式饱和塔回收变换反应热的方法和装置

说明书

本发明属于合成氨、甲醇生产领域，涉及一种一氧化碳变换过程中回收变换反应热的方法和装置。

在生产合成氨、甲醇的原料气中含有大量的一氧化碳(15～40％)，工业上采用变换的方法将其转化为所需的氢气，其反应式为：

    

该放热反应在催化条件下进行。70年代以前，催化剂主要以Fe₂O₃为主体，反应温度为350℃～550℃，称为中温变换，60年代以后开始使用活性较高的Co、Mo耐硫催化剂，反应温度为160℃～400℃，称为低温变换，它们都存在着如何合理回收变换反应热的问题。

目前，对于上述两种变换工艺，工业上回收变换反应热的任务主要通过热水饱和塔来完成，这是一种气液直接接触的增、减湿设备，它由热水塔和饱和塔两部分组成。在热水塔中，水与变换反应后的高温气体直接接触，使气体减湿和降温，而水的温度随之升高；在饱和塔中，将升高了温度的水与粗原料气直接接触，使水在粗原料气中蒸发，转变为变换反应所需的水蒸汽，从而达到回收变换反应热的目的。目前工业上采用的这种回收变换反应热的方法和装置，存在着热量回收很不完全的缺点：

在热水塔的热、质传递过程中，变换反应后的高温气体与水直接接触，由于平衡线是曲线，操作线是直线，在操作线的上下两端与平衡线十分靠近，因此，在塔底部由于受平衡的限制(达到湿球温度)，很难使水温有更多的提高；在塔顶部，由于变换气的温度已靠近平衡线，变换气的温度难以进一步的降低；

在饱和塔中，由于受热水塔加热热水温度的限制，则会出现操作线在平衡线中部某处相互十分靠近的情况，为了避免操作线与平衡线在此相交，只能使离开饱和塔的热水保持较高的温度，不能使热量全部有效地转化为反应所需的水蒸汽，从而造成饱和塔的热量回收也很不完全。

对于中温变换，反应温度较高，为了确保一氧化碳的变换率，反应必须在较高的汽气比(水蒸汽/原料气)(摩尔分率)的条件下进行，由于饱和塔提供的蒸汽不足，必须外加较多蒸汽，从而增加了热能的消耗，同时，反应后又有大量剩余的水蒸汽滞留在饱和塔出口气中而被带出，致使高品位的热量的贬值；

对于低温变换，反应温度较低，变换反应的汽气比接近化学计量，反应后滞留在变换气中的水蒸汽已经很低，汽气比仅为0.05左右，此时若再将变换气送入气液直接接触的热水塔，必将造成水的大量蒸发而被变换气带出变换系统，也将造成高品位的热量的贬值，为此，产业部门希望有关科技人员尽快开发研究一种新的回收变换反应热的方法，以提高热能的利用效率。

本发明的目的在于：1.提出一种间壁换热饱和式回收变换反应热的方法，2.提出一种间壁换热式饱和塔，以期克服现有技术缺点，提高热能的利用效率，降低生产成本，提高生产技术水平。

本发明的构思是这样的：在原料气中加入饱和所需的工艺软水，原料气和工艺软水一并流过间壁换热式饱和塔换热段的一侧，变换气或由变换气加热的热水作为加热介质流过间壁换热式饱和塔换热段的另一侧进行逆流换热，原料气被加热的同时工艺软水被蒸发转化为反应所需的蒸汽，原料气被饱和。本构思的主要特点是：采用间壁换热饱和法，避免了直接接触时平衡线的限制，可以使热能得到充分的回收。间壁换热式饱和塔由一段或多段组成，其中换热部分的结构可以是列管式，绕管式，套管式，螺旋板式和板式等，一般而言，列管式最为简便。为了提高热量的回收效率，反应后出口气体余热回收段设置在最上面，变换炉层间余热按其温度高低自下而上排序。

依据上述构思，发明人设计了一种采用间壁换热的方法回收变换反应热的工艺流程，研制了一种间壁换热式饱和塔，使变换反应层间高温气体和反应后的出口气体直接或间接地与原料气和工艺软水间壁换热，回收反应时产生的热量，下面将通过工艺流程附图对本发明作进一步的详细的阐述。图1.为以循环热水为加热介质进行层间换热的全低温变换过程的流程图，图2.为以变换反应后的高温气体直接作为加热介质进行间壁换热的全低温变换过程的流程图，图3.为以循环热水为加热介质进行层间换热的中温变换过程的流程图。

图中

1----间壁换热式饱和塔             2----水泵

3----水分离器                     4----气气热交换器

5----第一变换炉                   6----层间换热器