专利名称：合成气变换设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤炭气化制取合成气领域，尤其涉及合成气变换设备。
背景技术：
我国煤化工产业发展迅速，煤炭气化制取合成气技术已经成熟。在绝大多数应用煤炭气化技术制取合成气过程中，都需要利用合成气变换反应装置将合成气中的氢气和一氧化碳的比值进行调整。当前，低温耐硫耐油变换工艺以其领先的技术优势逐渐成为主流。在低温耐硫耐油变换工艺流程中，会设置两个变换反应器。变换反应器用来预先对合成气进行部分变换，并通过催化剂上部的瓷球对合成气带入的杂质进行过滤。在合成气变换反应过程中，合成气中的烃与变换反应器中的催化剂接触而完成烃转化过程。随着反应的进行，大量称为焦炭的高含碳材料沉积在催化剂上而导致催化剂结焦或碳化。这种结焦或碳化的催化剂通常称为“废催化剂”。顾名思义，“废催化剂”会影响催化反应继续进行，导致合成气变换效率降低。催化剂结焦或碳化程度较深时，导致催化剂失去活性，阻止反合成气变换应继续进行，影响生产。因而，通常会在变换反应器中通过通入氧气、在高温条件下燃烧掉催化剂表面的焦炭实现催化剂的再生。这是不可或缺的重要步骤。催化剂再生反应会生成大量的CO2，往往由人工监测CO2的浓度，当浓度符合标准时，人工地及时停止通入氧气，中断催化剂再生反应，重新执行合成气变换反应的操作。这会消耗大量的人工精力，甚至威胁 到执行监测任务的人员的健康。
实用新型内容本实用新型的目的是提供能够自动监测催化剂再生生成的CO2浓度的合成气变换设备。根据本实用新型的合成气变换设备包括内部铺设有催化剂的两台变换反应器，各变换反应器具有用于测量变换反应器的床层压差的测压机构，用于引入空气至各变换反应器中以使催化剂发生烧炭反应而再生的气体引入装置，该气体引入装置通过引入管线分别与两台变换反应器的出口端连通。上述设备还包括分别与两台变换反应器的入口端连通的两条分支排出管线和与这两条分支管线连通的总排出管线以及监测由该总排出管线排出的二氧化碳的浓度的二氧化碳分析仪。在各分支排出管线内设有阀门，该阀门用于响应测压机构的输出信号接通该分支排出管线并且响应该二氧化碳分析仪的输出信号关断该分支排出管线。根据本实用新型的合成气变换设备可以做到不需要停机就能对催化剂进行再生反应，既保证了合成气变换的连续进行，又极大提高了生产效率。另外，避免使用人工监测，解决了大量消耗人力以及可能造成人身伤害的问题。作为上述技术方案的优化，根据本实用新型的合成气变换设备还包括用于接收测压机构的输出信号和二氧化碳分析仪的输出信号从而控制所述阀门的控制设备。[0010]优选地，气体引入装置可以是蒸汽引射器，该蒸汽引射器与用于引入蒸汽的蒸汽引入管线连通并与用于引入空气的空气引入管线连通。还可以想到，在蒸汽引入管线内设有蒸汽入口阀，而且在空气引入管线内设有空气入口阀。优选地，可以在蒸汽引射器和空气入口阀之间设有空气过滤器。优选地，二氧化碳分析仪是红外光学式二氧化碳分析仪。优选地，本实用新型的合成气变换设备还包括设置在变换反应器中的催化剂冷却器。
图1是根据本实用新型的合成气变换设备的示意图。
具体实施方式
以下，结合图1详细说明根据本实用新型的合成气变换设备。为了解决在背景技术中提到的监测二氧化碳浓度耗费大量人工的问题，本实用新型提供一种在图中用附图标记100表示的合成气变换设备。根据本实用新型的合成气变换设备100包括内部铺设催化剂的两台变换反应器A和B，其中各变换反应器A、B具有用于测量变换反应器的床层压差的测压机构，以及用于引入空气至各变换反应器A和B中以使所述催化剂发生烧炭反应而再生的气体引入装置C，该气体引入装置通过引入管线分别与两台变换反应器A和B的出口端A2和B2连通。合成气变换设备100还包括分别与两台变换反应器A和B的入口端Al和BI连通的两条分支排出管线20a和20b、与该两条分支排出管线连通的总排出管线20以及监测由该总排出管线排出的二氧化碳的浓度的二氧化碳分析仪E。在分支排出管线20a和20b内分别设有阀门2和阀门4。其中，阀门2用于响应所述测压机构的输出信号接通分支排出管线20a并且响应二氧化碳分析仪E的输出信号关断分支排出管线20a，阀门4用于响应所述测压机构的输出信号接通分支排出管线20b并且响应二氧化碳分析仪E的输出信号关断分支排出管线20b。其中，所述催化剂是在煤气制合成气技术领域中常规的催化剂。在合成气变换反应开始之前，即利用反应器A和B中的催化剂对合成气中的氢气和一氧化碳的比值进行调整之前，合成气首先从总输入管线40输入，经分支输入管线40a以及反应器A的入口端Al进入反应器A，或经分支输入管线40b以及反应器B的入口端BI进入反应器B。随着合成气变换反应的进行，在反应器A或反应器B内会出现压差变化，压差变化反应出催化剂的结焦或碳化程度。当压差变化明显时，所述测压机构将会形成输出信号。可以理解，测压机构可以包含例如压力传感器、压强传感器以及能感应该反应器内的压差变化并将这种变化转换成输出信号的任何已知的装置。随后，该输出信号触发自动控制程序。同样可以理解，该输出信号的形成及其触发自动控制程序的方式可以是公知的任何方式，例如如前所述通过包括传感器在内的装置或机构来实现。例如，如果变换反应器A中的压差符合判断要求，则触发所述自动控制程序，该自动控制程序会发出 指令断开需要进行催化剂再生的变换反应器A与合成气的连通。此时，煤炭气化生成的合成气通过总输入管线40和分支输入管线40b进入变换反应器B的入口端BI，经过与催化剂反应生成的合格气体经变换反应器B的出口端B2从总输出管线50排出。此外，用于通入空气使催化剂发生烧炭反应而再生的气体引入装置C经总引入管线30和分支引入管线30a与变换反应器A的出口端A2连通。自动控制程序发出指令，打开蒸汽入口阀9，经蒸汽引入管线C I引入蒸汽，首先对反应器A中催化剂床层进行吹扫除尘。然后，发出指令关闭蒸汽入口阀9，同时打开空气入口阀10，经总引入管线30和分支引入管线30a向反应器A中通入空气(氧气)进行催化剂烧炭反应，即催化剂再生反应。在变换反应器A中经催化剂再生反应生成的二氧化碳经该变换反应器的入口端Al从分支排出管线20a和总排出管线20排出。在总排出管线20内，设有监测自总排出管线20排出的二氧化碳的浓度的二氧化碳分析仪E。二氧化碳分析仪E通过总排出管线20以及分支排出管20a和20b分别与两台反应器A和B的入口端Al和BI连通。在分支排出管线20a和20b内分别设有阀门2和阀门4，它们用于响应所述测压机构的输出信号接通分支排出管线20a和20b，并且响应二氧化碳分析仪E的输出信号关断分支排出管线20a和20b。二氧化碳分析仪E能够将二氧化碳浓度符合标准的信号发送给所述自动控制程序，如前所述，这能以任何已知的方式实现，从而停止反应器A或B内的催化剂再生反应。因此，当二氧化碳分析仪E监测到总排出管线20内的二氧化碳浓度符合标准时，形成输出信号来表明变换反应器A中的催化剂已完成再生反应，并将该输出信号发送给所述自动控制程序。自动控制程序在收到该输出信号后发出断开气体通入装置C与变换反应器A的连通，以停止向该变换反应器中通入空气(氧气)。这是通过依次关闭空气引入管线C2内的空气入口阀10、分支引 入管线30a内的阀门5以及分支排出管线内的阀门2完成的。至此，完成了在变换反应器A中的催化剂再生。变换反应器A中的催化剂恢复较强的活性，做好与合成气进行变换反应的准备。随后，所述自动控制程序发出指令断开合成气与变换反应器B的连通，反过来使合成气通过总输入管线及分支输入管线40a经变换反应器A的入口端Al进入该变换反应器A，从而与其中的催化剂发生变换反应。经过与催化剂反应生成的合格气体自变换反应器A的出口端A2经总输出管线50被输出。接下来或者与此同时，开始对变换反应器B中的催化剂进行再生，此过程与在变换反应器A中的催化剂再生过程基本相同。在变化反应器B中的压差变化触发所述测压机构。或者，仅仅是在反应器A完成催化剂再生反应并开始合成气变换反应以后，自动地进行在反应器B中的催化剂再生。随后，该测压机构形成输出信号，所述自动控制程序接收到该测压机构所发送的输出信号，发出指令停止合成气通过总输入管线40和分支输入管线40b进入反应器B，并发出指令打开蒸汽入口阀9，经蒸汽引入管线Cl引入蒸汽，首先对反应器B中催化剂床层进行吹扫除尘，然后发出指令关闭蒸汽入口阀9，同时打开空气入口阀10，经总引入管线30和分支引入管线30b向反应器B通入空气(氧气)，进行催化剂烧炭反应即催化剂再生反应。在变换反应器B中经催化剂再生反应生成的二氧化碳经该变换反应器的入口端BI从分支排出管线20b和总排出管线20排出。[0028]如此交替进行两个变换反应器A和B中催化剂的再生，可以做到在对催化剂进行再生反应的同时，进行合成气变换反应，而使整个合成气变换过程的持续高效，显著提高生产效率。更重要的是，避免使用人工监测，以解决大量消耗人力以及可能造成人身伤害的问题。可以想到，自动监测二氧化碳浓度的分析仪E可以采用本技术领域中所知的任何一种检测二氧化碳浓度的装置。在这里优选红外光学式二氧化碳分析仪，该红外式分析仪的使用确保了当合成气中的杂质、粉尘的含量和成分发生变化时仍能有效监测和控制二氧化碳的浓度。应理解，二氧化碳分析仪E的设置位置只要满足能监测由总排出管线20所排出的二氧化碳的浓度即可。例如，二氧化碳分析仪E可以直接安装在总排出管线20内，也可设置在总排出管线20的出口处，还可以是任何本领域普通技术人员认为能够实现监测二氧化碳浓度的安装位置和方式。作为优选方案，气体通入装置C可以是蒸汽引射器。本实用新型优选使用高压蒸汽引射装置，其具有这样的优势，在未引射空气状态下仅通入蒸汽对实现催化剂床层的加热吹扫，再引射空气完成催化剂烧炭再生。这样，利用高压蒸汽引射器的不同工作状态完成不同的工作任务。此外，利用高压蒸汽引射器替代蒸汽管线与空气管线，使引入用于烧炭的空气不会受到空气管线压力的影响。以上，描述了本实用新型合成气变换设备的各组成部分的连接关系及大致的工作过程。接下来，参照附图1对本实用新型的具体实施例进行详尽描述。该实施例中所描述的过程与上述大致的技术方案略有差异，视为是根据本实用新型的催化剂再生制取合成气设备的较优方案。在描述过程中出现的相对位置术语例如“上”、“下”，“左”、“右”等类似用语均基于图1本身的方向而言。当进行催化剂再生操作时，可以先将合成气变换反应切换到两台反应器A和B之一，然后进行另一个反应器的催化剂再生。催化剂再生过程例如可以采用气体吹除法与空气(氧气)烧炭法共同配合操作进行。即，先利用蒸汽引入管线Cl引入蒸汽对变换反应器中的催化剂床层加热吹扫，将粉尘除去，然后打开空气引入管线C2引入空气(氧气)，执行催化剂烧炭操作，使催化剂表面的结焦、焦油、碳层等燃烧生成CO2。如图1所示，在反应器A内铺设有催化剂。当催化剂床层的压差增大到一定程度时，如前所述，通过反应器A所具有的测压机构检测到这种压差变化并产生输出信号，该输出信号将触发自动控制程序。在这里，测压机构是压差表Pl，其直观地显示在反应器A内的压差。随后，该自动控制程序发出指令，使反应器B下方的变换气出口阀8打开例如10%的开度，从反应器B底部使反应器B达到均压，这可由压差表P2直观地显示。当两台反应器A和B的压差小于0.1MPa时，所述自动控制程序发出指令，快速地将反应器B下方的变换气出口阀8完全打开，使反应器A和B同时运行。缓慢打开反应器B上方的合成气入口阀3，同时缓慢关闭反应器A的入口阀I与出口阀6，断开反应器A与合成气的连通，即将反应器A隔离。[0037]如图1所示，蒸汽引射器C与用于引入蒸汽的蒸汽引入管线Cl连通并与用于引入空气的空气引入管线C2连通。在蒸汽引入管线Cl内设有蒸汽入口阀9，在空气引入管线C2内设有空气入口阀10。在这里还可以想到，在空气入口阀10与蒸汽引射器C之间增设空气过滤器D，以减少通入反应器中的空气所携带的杂质。在将反应器A隔离以后，可开始对蒸汽引射器C左侧的蒸汽入口阀9前部的蒸汽管道(未示出)进行暖管操作，例如持续3小时。在暖管结束后，将反应器A下方的阀门5以小开度打开。蒸汽引射器C左侧的蒸汽入口阀9打开，引入蒸汽。随后，将阀门2打开。以一定的温升和速率加热催化剂床层达到400°C。继续通入蒸汽3小时，连续对催化剂床层的粉尘进行吹除。之后，缓慢打开空气入口阀10，用蒸汽引射空气，引起催化剂烧炭反应而实现再生，在此优选控制床层温度小于500。。。空气入口阀10的开度与反应器A和B内催化剂床层的温度密切相关。反应器A和B内的催化剂床层的温度分别由温度表Tl和T2显示。另外，催化剂床层的温度会在反应期间被不断地反馈到所述自动控制程序，以进行催化剂床层温度以及空气入口阀10开度的调整。接下来，当二氧化碳分析仪E分析得到排出的CO2的浓度小于2%时，向所述自动控制程序发送输出信号，以停止催化剂烧炭反应并最终完成再生过程。最后，该自动控制程序控制空气入口阀10关闭、阀门5关闭和阀门2关闭。随后，可以切换到对反应器B中的催化剂进行烧炭反应再生。由于反应器B中催化剂的再生过程与与此过程相同，在此不再赘述。要说明的是，虽然本文中多次提到自动控制程序，该程序可以例如通过软件执行，但是，从广义上讲，这种接收反应器中的压差输出信号而被触发的自动控制还可以通过控制单元、控制器以及任何控制装置和/或设备实现。该控制单元、控制器以及任何控制装置和/或设备接收到反应器A和B的所述测压机构的输出信号而启动，进而发出指令控制设于各条管线中的阀门按照一定顺序打开和/或关闭，完成合成气变换反应以及催化剂再生反应。当二氧化碳分析仪E监测到所述总排出管线排出的二氧化碳的浓度达到要求值时，产生输出信号并传送至控制单元或控制器，以停止反应器中催化剂的再生反应。对于本领域技术普通人员而言，无论是自动控制程序，还是控制单元或控制器，尽管在表述上有所不同，但它们在本实用新型中起到的作用都是相同的，如前所述。由于再生后的催化剂温度较高，作为进一步优化，可以考虑在反应器A和B中设置催化剂冷却器(未示出)，以帮助催化剂恢复到理想的温度，进而与合成气发生变换反应。尽管本实用新型是在具体实施例、特征、方案的背景下揭示，本领域技术人员应理解，本实用新型超越具体揭示的实施例而包含本实用新型的替代性实施例和/或用途及本实用新型的各种修改案及等效案。因此，应理解，所揭示的实施例的各种特征及方案可彼此组合或替代，以实现本实用新型的目的。因此，本文所揭示的本实用新型的保护范围不应由上述具体实施例或 具体特征所限制。
权利要求1.一种合成气变换设备，包括: 内部铺设有催化剂的两台变换反应器(A，B)，各变换反应器具有用于测量该变换反应器的催化剂床层压差的测压机构； 用于引入空气至各变换反应器(A，B)中以使所述催化剂发生烧炭反应而再生的气体引入装置(C)，该气体引入装置通过引入管线分别与所述两台变换反应器(A，B)的出口端(A2, B2)连通； 其特征在于，还包括分别与所述两台变换反应器(A，B)的入口端(A1，B1)连通的两条分支排出管线(20a，20b)、与该两条分支排出管线连通的总排出管线(20)以及监测由该总排出管线排出的二氧化碳的浓度的二氧化碳分析仪(E)，其中在所述分支排出管线(20a, 20b)内分别设有阀门(2，4)，该阀门(2,4)响应所述测压机构的输出信号接通该分支排出管线(20a，20b)并且响应该二氧化碳分析仪(E)的输出信号关断该分支排出管线(20a, 20b) ο
2.根据权利要求1所述的合成气变换设备，其特征在于，还包括用于接收所述测压机构的输出信号和所述二氧化碳分析仪(E)的输出信号从而控制所述阀门(2，4)的控制设备。
3.根据权利要求1所述的合成气变换设备，其特征在于，所述气体引入装置(C)是蒸汽引射器，该蒸汽引射器与用于引入蒸汽的蒸汽引入管线(C I)连通并与用于引入空气的空气引入管线(C2)连通。
4.根据权利要求3所述的合成气变换设备，其特征在于，在所述蒸汽引入管线(Cl)内设有蒸汽入口阀(9)，在所述空气引入管线(C2)内设有空气入口阀(10)。
5.根据权利要求4所述的合成气变换设备，其特征在于，在所述蒸汽引射器(C)和所述空气入口阀(10)之间设有空气过滤器(D)。
6.根据上述权利要求1-5中任一项所述的合成气变换设备，其特征在于，所述二氧化碳分析仪(E)是红外光学式二氧化碳分析仪。
7.根据上述权利要求1-5中任一项所述的合成气变换设备，其特征在于，该设备还包括设置在所述变换反应器(A，B)中的催化剂冷却器。
专利摘要本实用新型涉及合成气变换设备，其包括内部铺设有催化剂的两台变换反应器，各变换反应器具有用于测量该变换反应器的床层压差的测压机构，用于引入空气至各变换反应器中以使所述催化剂发生烧炭反应而再生的气体引入装置，该气体引入装置通过引入管线分别与所述两台变换反应器的出口端连通。还包括分别与所述两台变换反应器的入口端连通的两条分支排出管线、与该两条分支排出管线连通的总排出管线以及监测由该总排出管线排出的二氧化碳的浓度的二氧化碳分析仪。在所述分支排出管线内设有阀门，该阀门用于响应所述测压机构的输出信号接通该分支排出管线且响应该二氧化碳分析仪的输出信号关断该分支排出管线。
文档编号G01N21/00GK203079680SQ20122074551
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者武蒙 申请人:内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司