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1、(10)申请公布号 CN 102910583 A (43)申请公布日 2013.02.06 CN 102910583 A *CN102910583A* (21)申请号 201210290650.5 (22)申请日 2012.08.15 C01B 3/16(2006.01) (71)申请人 山东齐鲁科力化工研究院有限公司 地址 255086 山东省淄博市高新区花山西路 200 号 (72)发明人 高步良 王龙江 程玉春 邓建利 李海洋 (74)专利代理机构 青岛发思特专利商标代理有 限公司 37212 代理人 耿霞 (54) 发明名称 用于高浓度 CO 的耐硫变换反应器及耐硫变 换工艺 (57)。
2、 摘要 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。 所述的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， 两段 催化剂床层之间的壳体上设置进水管线。所述的 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。 本发明不改变从气化单元来的工艺气水气比， 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。
3、应器内变换反 应所产生的热量得到充分利用。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/1 页 2 1.一种用于高浓度CO的耐硫变换反应器， 包括反应器壳体 （2） ， 其特征在于 ： 反应器壳 体 （2） 上部设置进气管线 （1） ， 下部设置出气管线 （6） ， 反应器壳体 （2） 内部设置上段催化剂 床层 （3） 和下段催化剂床层 （5） ， 上段催化剂床层 （3） 和下段催化剂床层 （5） 之间的壳体 （2） 上设置进水管线 （7） 。 2. 。
4、根据权利要求 1 所述的用于高浓度 CO 的耐硫变换反应器， 其特征在于 ： 所述的上段 催化剂床层 （3） 和下段催化剂床层 （5） 之间设置填料层 （4） ， 填料层 （4） 位于进水管线 （7） 入口位置的下方。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的用于高浓度 CO 的耐硫变换反应器， 其特征在于 ： 所 述的上段催化剂床层 （3） 的高度为上段催化剂床层 （3） 与下段催化剂床层 （5） 总高度的 20%80%。 4. 一种采用权利要求 1 所述反应器的耐硫变换工艺， 其特征在于 ： 工艺气由进气管线 （1） 进入到反应器中， 经过上段催化剂床层 （3） 变换反应， 再与由进水管线 。
5、（7） 进入的水进 行混合后， 最后进入下段催化剂床层 （5） 进行变换反应 ； 上 段 催 化 剂 床 层 （3）入 口 的 工 艺 条 件 ： 水 / 气 体 积 比 0.61.6、 干 气 空 速 200012000h-1、 入口温度 220300 ； 下 段 催 化 剂 床 层 （5）入 口 的 工 艺 条 件 ： 水 / 气 体 积 比 0.20.8、 干 气 空 速 200012000h-1、 入口温度 260400。 5. 根据权利要求 4 所述反应器的耐硫变换工艺， 其特征在于 ： 所述的工艺气由进气管 线 （1） 进入到反应器中， 经过上段催化剂床层 （3） 变换反应后， 再。
6、与由进水管线 （7） 进入的 水进行混合并在填料层 （4） 充分接触后， 最后进入下段催化剂床层 （5） 进行变换反应。 6. 根据权利要求 4 或 5 所述反应器的耐硫变换工艺， 其特征在于 ： 所述的水为液态水、 水蒸气或者是水与水蒸汽的汽 - 液混合物。 7. 根据权利要求 6 所述反应器的耐硫变换工艺， 其特征在于 ： 所述的水的加入方式采 用喷淋方式加入。 权 利 要 求 书 CN 102910583 A 2 1/5 页 3 用于高浓度 CO 的耐硫变换反应器及耐硫变换工艺 技术领域 0001 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。。
7、 背景技术 0002 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。 0003 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。
8、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 0.81.2， 如果采用水 气比为 0.20.4 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。 0004 由此可以看来， 现有技术中对于高浓度一氧化碳的。
9、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 0005 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。 0006 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。
10、 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。 0007 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。 0008 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%。 说 明 书 CN 102910583 A 3 2/5 页 4 0009 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。
11、、 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。 0010 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 0.32 米， 以使液态水完全 气化为宜。 0011 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。
12、。 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。 0012 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。 0013 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。 0014 所述反应器的耐硫变换工艺有如下两种方式 ： 0015 （1） 工艺气由进气管线进入到反应器中， 经过上段催化剂床。
13、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 ； 0016 （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。 0017 上 段 催 化 剂 床 层 入 口 的 工 艺 条 件 ： 水 / 气 体 积 比 0.61.6、 干 气 空 速 200012000h-1、 入口温度 220300 ； 0018 下 段 催 化 剂 床 层 入 口 的 工 艺 条 件 ： 水 / 气 体 积 比 0.20.8、 干 气 空 速 200012000h-1。
14、、 入口温度 260400。 0019 本发明具有如下有益效果 ： 0020 （1） 本发明提供了一种不调整来自气化单元工艺气本身水气比的高浓度 CO 耐硫 变换反应器及耐硫变换工艺， 蒸汽消耗量低 ； 无须设置预反应器及换热器 ； 能避免发生甲 烷化反应的危险 ； 有效防止变换反应器床层温度过高， 而且使变换反应器内变换反应所产 生的热量得到充分利用 ； 0021 （2） 本发明采用上下段催化剂床层之间加水降温的方法， 过程简单， 设备少， 既降 温又提高了水气比， 减少了系统的热负荷， 节省了蒸汽消耗 ； CO 转化率高。 0022 （3） 本发明变换工艺无须采用换热设备， 充分利用了反应。
15、器内变换反应所产生的 热量。 0023 （4） 本发明对不同煤种以及气化工艺的适应性强 ； 操作灵活方便， 提高了设备的生 产能力。 说 明 书 CN 102910583 A 4 3/5 页 5 附图说明 0024 图 1 是本发明实施例 12 反应器结构示意图 ； 0025 图 2 是本发明实施例 3 反应器结构示意图 ； 0026 图中 ： 1、 进气管线 ； 2、 反应器壳体 ； 3、 上段催化剂床层 ； 4、 填料层 ； 5、 下段催化剂 床层 ； 6、 出气管线 ； 7、 进水管线。 具体实施方式 0027 以下结合实施例和附图对本发明做进一步描述。 0028 实施例 1 0029 。
16、某装置采用 GSP 气化工艺， 产生工艺气流量为 131197Nm3/h， 压力 3.75MPa， 水气比 为 0.78， 原料气组分 ： CO ： 40.59%， CO2： 2.52%， H2:12.72， H2O ： 43.71%， H2S+COS ： 0.13%。要求 经过第一变换反应器反应后 CO 的干基组成 22%。 0030 所述的变换反应器， 包括反应器壳体2， 反应器壳体2上部设置进气管线1， 下部设 置出气管线 6， 反应器壳体 2 内部设置上段催化剂床层 3 和下段催化剂床层 5， 上段催化剂 床层 3 和下段催化剂床层 5 之间的壳体 2 上设置进水管线 7。上段催化剂床。
17、层 3 和下段催 化剂床层 5 之间设置填料层 4， 填料层 4 位于进水管线 7 入口位置的下方。 0031 上段催化剂床层 3 装填 6m3， 下段催化剂床层 5 装填 12m3， 上段催化剂床层 3 高度 H1与上段催化剂床层 3 和下段催化剂床层 5 总高度 （H1+H2） 的比为 1/3 ； 所述原料气直接进 入上段催化剂床层 3， 入口温度为 250。填料层 4 中装填氧化铝瓷球， 装填高度为 0.4 米。 上段催化剂床层 3 出口、 下段催化剂床层 5 入口、 下段催化剂床层 5 出口的流量、 湿基含量 组成、 加入液态水 （温度为 150） 量以及与常规轴向反应器的比较见表 1。
18、。 0032 表 1 实施例 1 操作参数 0033 0034 说 明 书 CN 102910583 A 5 4/5 页 6 0035 实施例 2 0036 气化所产生工艺气流量、 压力、 水气比、 经过第一变换反应器反应后 CO 的干基组 成要求等与实施例 1 相同。变换反应器结构与实施例 1 相同。 0037 采用本发明所述变换反应器， 上段催化剂床层3装填12m3， 下段催化剂床层5装填 6m3， 上段催化剂床层 3 高度 H1与上段催化剂床层 3 和下段催化剂床层 5 总高度 （H1+H2） 的 比为 2/3 ； 所述原料气直接进入上段催化剂床层 3， 入口温度为 250。填料层 4 。
19、中装填氧 化铝瓷球， 装填高度为 0.4 米。上段催化剂床层 3 出口、 下段催化剂床层 5 入口、 下段催化 剂床层 5 出口的流量、 湿基含量组成、 加入液态水 （温度为 150） 量以及与常规轴向反应器 的比较见表 2。 0038 表 2 实施例 2 操作参数 0039 0040 实施例 3 0041 气化所产生工艺气流量、 压力、 水气比、 经过第一变换反应器反应后 CO 的干基组 成要求等与实施例 1 相同。 0042 所述的变换反应器， 包括反应器壳体2， 反应器壳体2上部设置进气管线1， 下部设 置出气管线 6， 反应器壳体 2 内部设置上段催化剂床层 3 和下段催化剂床层 5，。
20、 上段催化剂 床层 3 和下段催化剂床层 5 之间的壳体 2 上设置进水管线 7。 0043 采用本发明所述变换反应器， 上段催化剂床层 3 装填 9m3， 下段催化剂床层 5 装填 9m3， 上段催化剂床层 3 高度 H1与上段催化剂床层 3 和下段催化剂床层 5 总高度 （H1+H2） 的 比为 1/2 ； 所述原料气直接进入上段催化剂床层 3， 入口温度为 250。不设填料层 4。上段 催化剂床层 3 出口、 下段催化剂床层 5 入口、 下段催化剂床层 5 出口的流量、 湿基含量组成、 加入饱和蒸汽 （温度为 250） 量以及与常规轴向反应器的比较见表 3。 0044 表 3 实施例 3。
21、 操作参数 说 明 书 CN 102910583 A 6 5/5 页 7 0045 0046 从表 13 中看出 ： 0047 1） 本发明反应器极易操作， 出口 CO 含量 （干基） 可以在 13%21% 范围内调节。采 用常规轴向反应器， 当反应最终达到平衡时， 出口 CO 含量为 18%（干基） 。 0048 2） 本发明反应器中间喷入水或者水蒸气， 出口工艺气最高温度为 485， 最低温度 为 440； 完全没有超温现象。使用常规轴向反应器， 出口温度高达 530， 对催化剂来说极 不利。 0049 3） 本发明反应器中间可以喷入水或者水蒸气， 提高了 CO 转化率。 0050 可见， 本发明反应器能够有效防止变换反应器床层温度过高， 而且使变换反应器 内变换反应所产生的热量得到充分利用。 说 明 书 CN 102910583 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102910583 A 8 2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102910583 A 9 。