专利名称：一种采用流化床反应器的变换工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一氧化碳与水生成二氧化碳和氢气的变换工艺，具体地讲，本发明涉及一种采用流化床反应器的变换工艺。
在催化反应中，如果采用固定床反应器，则固体催化剂静止地放置在支撑板上，并形成一定高度的床层。固定床反应器的突出优点是结构简单，两相接触较好；缺点是由于传热效果差导致催化剂床层温度分布不均匀，而且反应器体积较大，催化剂的装卸有一定的难度。
与固定床反应器相比，流化床反应器具有许多优点由于催化剂在流化状态下与反应混合物的混合效果更好，与反应器或传热管线的接触和传热效果也更好，因而温度分布更均匀，也有利于放热反应热量的导出或吸热反应的热量引入；同时，流化床反应器中催化剂的装卸更为方便。
目前，在合成氨、合成甲醇以及制氢工业中，一氧化碳的变换反应是采用固定床反应器完成的。对于中、小氮肥厂，操作压力一般从常压变换、0.8Mpa变换、1.35Mpa变换到2.0Mpa变换，压力较低，而且反应气品质较差，半水煤气中含有0.2-0.5％的氧和一定量的H2S，使用固定床反应器会带来一系列的问题(1)催化剂装填量大，如对于变换压力为0.8Mpa、年产8万吨氨的小氮肥装置来说，一般需装填50吨的中变催化剂和30m3的低变催化剂；(2)反应器体积大，设备投资大，如上述生产能力的装置就需要两个Φ3800的反应炉；(3)催化剂床层散热效果差，催化剂在升温还原或硫化时，反应放热易使催化剂床层的局部区域超温，无论是使用钴钼系低变催化剂，还是使用铁铬系中变催化剂，由于还原或硫化产生的大量热量不易很快地从床层中移出，常常导致床层超温至800℃以上，发生使整炉催化剂报废的事故；(4)当半水煤气中的氧超过0.5％以上时，氧燃烧产生的热量不易快速从固定床中移出，从而影响催化剂的寿命和性能，如对于钴钼系低变催化剂，氧燃烧能超温至380℃以上，而对于铁铬系中变催化剂，氧燃烧能超温至500℃以上，这都会加速催化剂的失活；(5)半水煤气中的羰基铁沉积在固定床催化剂上以及催化剂的粉化，会使得床层阻力明显增加，如对于0.8Mpa的变换装置，如果半水煤气中的羰基铁含量高，一年左右阻力就可达到0.2Mpa，使得生产无法正常进行；(6)变换反应是强放热反应，目前在固定床反应器中，热交换的主要方法是把反应的热气体引出床层后，用水降温，产生的热水再用饱和塔回收热量。而引入饱和塔不但增加了设备投资，还带来许多其它问题，如露点腐蚀问题，水进入床层引起催化剂粉化等；(7)在固定床反应器中，催化剂床层易产生温度梯度，导致反应热点的存在，在热点处铁铬系中变催化剂易老化失活，钴钼系低变催化剂易反硫化失活。
本发明的目的就是用流化床反应器代替固定床反应器，从而提供一种采用流化床反应器的变换工艺，克服固定床反应器散热效果差所引起的一系列问题。
采用流化床反应器后，反应器内变换催化剂呈流化状态，温度可以达到比较均匀的分布，而且可以在流化床反应器内置换热器，以便把反应热及时取走，从而防止催化剂区域出现超温现象以及催化剂超温所带来的各种问题；同时，内置的换热器可以产生蒸汽，从而可以避免使用饱和塔，也就避免了饱和塔露点腐蚀问题。
具体地讲，在本发明中所采用的技术方案是(1)将来自压缩机的半水煤气添加蒸汽后或将来自转化炉的转化气，送入流化床反应器的底部，然后进入装有铁铬系或钴钼系变换催化剂的流化床内；(2)在流化床内，一氧化碳和水蒸汽发生变换反应，生成二氧化碳和氢气，反应所放出的热量由装在流化床反应器内的内换热器取走；(3)出流化床反应器的气体进入换热器进行冷却，然后进入后序工段，或者出流化床反应器的气体直接进入后序工段。
在上述方案的步骤(1)中，来自压缩机的半水煤气添加蒸汽后，可以先加热升温，再送入流化床反应器的底部；同样，来自转化炉的转化气，也可以先加热升温，再送入流化床反应器的底部。是否加热升温，或者加热升温至什么程度，取决于步骤(2)中流化床反应器内的温度。
另外，在上述方案的步骤(1)中，转化气或者添加蒸汽后的半水煤气，在送入流化床反应器的底部后，可以先经过气体分布板和风帽等气体分布装置，然后再进入到装有变换催化剂的流化床内。
在上述方案的步骤(2)中，在内换热器的入口一端通入冷却水，利用变换反应所放出的热量，可以在内换热器的出口一端得到蒸汽；所生成的蒸汽可以直接加入到前述的半水煤气中，也可以用于其它工段或用作其它用途。
在上述方案的步骤(3)中，出流化床反应器的气体可以用来加热原料半水煤气或转化气。
本发明中，来自压缩机的半水煤气在添加蒸汽之前，可以先进行净化，脱除其中的油类或烃类杂质以及其它的杂质；来自转化炉的转化气可以直接进入流化床；在流化床内，变换反应的热量由内换热器取走，冷却后的反应气在流出流化床反应器之前，必须将变换催化剂的细粉分离出来，以防止其进入下一工艺段；出流化床反应器的气体可以进入后序工段，如脱碳变煮器。
在变换工艺中，用流化床反应器代替固定床反应器，有许多技术问题需要解决，例如选择何种催化剂、催化剂的粒度大小以及操作工艺条件等。
在本发明中，流化床反应器内所装的变换催化剂既可以是铁铬系催化剂，也可以是钴钼系催化剂，优选的催化剂则是中国专利93111221.4中所述的变换催化剂；催化剂的形状为微粒状，平均粒径为10-1000μm之间，如果催化剂的粒径太小，则会增加催化剂与反应气体分离的难度，而如果催化剂的粒径太大，则其流化性能变差，不利于增加催化剂与反应气体的接触。
在本发明中，反应气体的空床气速控制在0.1-0.9m/s之间，如果空床气速太小，床层不易平稳流化，易出现温度梯度等问题；如果空床气速太大，催化剂易被气体夹带出去，且易生成大气泡，同时由于气体返混现象严重，反应器出口处CO转化率降低。
由于在本发明的变换工艺中采用了流化床反应器，流化床反应器中装有微粒状的变换催化剂，原来使用固定床反应器时困扰中、小氮肥厂的许多问题可以迎刃而解(1)流化床反应器中催化剂呈流化状态，催化剂与反应气体的混合效果更好，而且催化剂床层阻力不会随操作时间的延长而增加；(2)流化床反应器中内置换热器的换热效果和调控温度的效果更好，可以显著降低催化剂床层发生超温现象的概率，防止催化剂的烧结和反硫化失活；(3)流化床反应器中采用内置换热器代替了饱和塔，避免了使用饱和塔所带来的问题如设备的露点腐蚀；(4)采用流化床反应器，催化剂的利用率大大提高，催化剂的用量可以显著降低，同时反应器的直径可以减小。
下面结合附图，通过实施例来进一步说明本发明。
图1是一种可以用于小氮肥厂的变换工艺。
图2是一种可以用于中氮肥厂的变换工艺。
图3是一种针对轻油蒸汽转化制氢装置中转化气进行变换的变换工艺。
图中，1是换热器，2是流化床反应器，3是内换热器，4是处于流化状态的变换催化剂，5是蒸汽管线，6代表半水煤气，7代表转化气，8代表水，9代表蒸汽，10是来自高温ZnO脱硫后变换气。
实施例1在图1所示的变换工艺流程(可主要用于小氮肥)中，除油净化后的0.8Mpa的半水煤气添加蒸汽，然后经换热器1升温至160℃-230℃，由底部进入流化床反应器2；在流化床反应器2内装有钴钼系耐硫变换催化剂4，其平均粒径为40μm，操作流速为0.2m/s；半水煤气在处于流化状态的变换催化剂4的作用下，发生一氧化碳转化为二氧化碳的变换反应；反应所放出的热量被置于流化床反应器2内的内换热器3吸收，用于生成蒸汽，所生成的蒸汽进入蒸汽管线5；反应后的气体由流化床反应器2的上部流出流化床反应器2，并将其温度控制在200℃-250℃，一氧化碳的浓度控制在小于1.5％(体积比)的范围内，然后再经换热器1换热降温，去碳化工段。
实施例2在图2所示的变换工艺流程(可主要用于中氮肥)中，1.95Mpa的半水煤气添加过热蒸汽后进入换热器1升温至195℃以上，然后进入流化床反应器2；流化床反应器2内装有按中国专利93111221.4中所述方法制各的钴钼系变换催化剂4，而且变换催化剂处于流化状态；变换催化剂的形状为微粒状，平均粒度为300μm，操作流速为0.5m/s；半水煤气在流化床反应器2内发生变换反应，一氧化碳转化为二氧化碳，反应放出的热量由内换热器3取走；内换热器3利用反应热制造蒸汽，所得蒸汽去造气工段；出流化床反应器2的反应气体的温度控制在250℃-300℃，一氧化碳的浓度控制在5％-8％的范围内，然后去脱碳变煮器。
实施例3图3所示是一种针对轻油蒸汽转化制氢装置中转化气进行变换的变换工艺。出转化炉的约800℃的转化气经废热锅炉降温至350℃左右，并将压力控制在2.8Mpa左右，然后进入流化床反应器2；流化床反应器2内处于流化状态的变换催化剂4为铁铬系催化剂，平均粒径为600μm，操作流速为0.8m/s；变换反应的反应热由内换热器3取出；出流化床反应器2的反应气体中一氧化碳的浓度小于3％(体积比)，经冷却脱水后将温度降至35℃，压力控制为2.35Mpa左右，然后进入PSA单元。
权利要求
1．一种采用流化床反应器的一氧化碳变换工艺，包括以下步骤(1)将来自压缩机的半水煤气添加蒸汽后或将来自转化炉的转化气，送入流化床反应器的底部，然后进入装有铁铬系或钴钼系变换催化剂的流化床内；(2)一氧化碳和水蒸汽在装有变换催化剂的流化床内发生变换反应，生成二氧化碳和氢气，反应所放出的热量由装在流化床反应器内的内换热器取走；(3)出流化床反应器的气体进入外换热器进行冷却，然后进入后序工段，或者出流化床反应器的气体直接进入后序工段。
2．权利要求1所述的一氧化碳变换工艺，其特征在于步骤(1)中的转化气或添加蒸汽的半水煤气在送入流化床反应器的底部前先加热升温。
3．权利要求1所述一氧化碳变换工艺，其特征在于步骤(1)中送入流化床反应器底部的转化气或添加蒸汽的半水煤气，经过气体分布板和风帽后进入装有变换催化剂的流化床内。
4．权利要求1-3之一所述的一氧化碳变换工艺，其特征在于流化床内所装的变换催化剂的平均粒径为10-1000μm。
5．权利要求4所述的一氧化碳变换工艺，其特征在于工艺操作的空床气速控制在0.1-0.9m/s之间。
全文摘要
本发明涉及一种采用流化床反应器的一氧化碳变换工艺,主要包括以下步骤:将来自压缩机的半水煤气添加蒸汽后或将来自转化炉的转化气,送入流化床反应器的底部,然后进入装有铁铬系或钴钼系变换催化剂的流化床内;在流化床内发生变换反应,反应所放出的热量由装在流化床反应器内的内换热器取走;出流化床反应器的气体进入后序工段。在本发明的变换工艺中,用流化床取代了固定床,克服了固定床工艺的一系列缺点。
文档编号C01B3/00GK1287096SQ9911242
公开日2001年3月14日 申请日期1999年9月8日 优先权日1999年9月8日
发明者周红军 申请人:中国石化集团齐鲁石油化工公司