一种烃化反应器及烃化工艺

摘要

本发明公开了一种烃化反应器及烃化工艺。为了解决氨原料气中CO和CO

说明书

技术领域

本发明涉及烃化反应设备领域，具体为一种烃化反应器及烃化工艺。

背景技术

少量CO、CO₂氨原料气中含有少量CO、CO₂（质量百分含量为0.05％～0.2％），少量CO、CO₂对氨合成催化剂有氧化中毒，必需清除至10PPM以下。此过程称为精制。有一种精制方法将CO、CO₂转化为碳氢化化合物（烃化），化学反应式：

CO+2nH₂→(CH₂)_n+H₂O+Q

CO+2H₂→CH₃OH +Q

CO+3H₂→CH₄+H₂0+Q

CO+H₂O→CO₂+H₂+Q

上述反应是放热的，并且在装有一定催化剂的塔内进行反应。如果绝热进行反应，以生成CH₄为例，每反应1％CO温升72℃，每反应1％CO₂温升59℃。

由于氨原料气中含有质量百分含量约0.15％的CO以及约0.05％的CO₂，则温升=（0.15×70）+（0.05×59）=13.45℃；因为反应时催化反应塔有热损失，且反应放出的热不足抵消热损失，因而温度不升反降，即要求外供热，以维持反应在一定温度下平稳进行。

发明内容

为了克服现有的氨原料气中CO和CO₂质量含量大于10PPM，容易对氨合成催化剂产生氧化中毒的不足，本发明旨在提供一种烃化反应器，该烃化反应器可以将质量百分含量为0.05％~3％的CO+CO2混合氨原料气烃化至CO和CO₂的质量含量小于10PPM。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种烃化反应器，包括外筒和内筒，该外筒与内筒之间设有环隙；所述外筒上部设有进气口a；其结构特点是，所述内筒内设有中心管，该内筒与中心管之间设有自上而下的多级催化床，相邻两级催化床之间通过连通管连通，且最上一级催化床与所述中心管上端连通，每级催化床的上下侧面设有过气孔板；所述外筒底部设有出气口b，该出气口b通过热交换器与蒸汽加热器相连，所述蒸汽加热器的出口与所述中心管下端连通；所述内筒底部设有与最下一级催化床连通的出气口c，该出气口c通过热交换器与下一工序设备相连。

本发明所述催化床的过气孔板的孔径小于催化剂的颗粒粒径，保证气体通过而催化剂不漏下。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

为了所述相邻两级催化床之间设有集气空腔，气体通过上一级催化床反应后，经过集气空腔再往下一级催化床继续烃化反应。

为了方便更换催化剂，所述外筒顶部设有装料管，该装料管通过阀门与催化剂贮罐相连；所述外筒底部设有卸料管；需要装填还原型催化剂时，关闭与反应器连接管道的各阀门，封闭卸料管，在反应器内充入氮气，保持正压，将还原型催化剂桶，将连接软管与装料管连接，开催化剂桶装下部阀门，催化剂自动流入内件并填满。

所述最下一级催化床与内筒底部之间设有多个瓷球，反应后的气体通过瓷球之间的间隙，然后通过出气口c进入热交换器内。

所述中心管内设有电炉，在新催化剂需要升温加热气体时，或蒸汽加热器出现故障时使用。

根据本发明的实施例，所述催化床包括两级，分别为上催化床和下催化床；所述上催化床与所述中心管顶端连通，所述下催化床与出气口c连通。

进一步地，本发明还提供了一种烃化反应工艺，该工艺采用如上所述的烃化反应器，其工艺步骤包括：

 1）将质量百分含量为0.05％~3％的CO与CO2混合氨原料气经过进气口a进入内、外筒之间的环隙，然后向下经出气口b进入热交换器内加热至185℃～195℃后，再送入蒸汽加热器内加热至215℃～225℃；

2）经蒸汽加热器加热后的气体进入中心管内，从中心管顶端进入多级催化床内进行烃化反应至气体中CO与CO2的质量百分含量＜10PPM；

3）烃化反应后的气体通过出气口c进入热交换器内降温至70℃～100℃，再通过水冷降温后送入下一工序。

在步骤1）中，所述蒸汽加热器中的蒸汽采用260℃～280℃过热蒸汽或240℃～250℃的饱和蒸汽。

一般而言，所述水冷降温后的温度为30℃~50℃。

在本发明中，所述催化床内装有还原型催化剂；装填还原型催化剂时，关闭与反应器连接管道上的各个阀门，并封闭外筒底部的卸料管，再向反应器内充入氮气，保持正压，然后将催化剂贮罐用连接软管与外筒上部的装料管连接，打开催化剂贮罐的放出阀门，还原型催化剂自动流入各级催化床内并填满。当然，本发明的催化床内还可以装填预还原型催化剂，装填预还原型或还原型催化剂后，温度只达200℃即可投入正常生产，电炉功率减小1/3。

藉由上述结构，本发明涉及少量CO、CO₂烃化或甲烷化反应及流程，应用于含少量CO、CO₂的合成气净化、精制至PPM级领域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、结构简单，已有的类似技术是内筒的下部有冷热气热交换器，或在催化床有冷管束，结构复杂/流程长。本发明没有下部有冷热气热交换器和冷管束。

2、装卸催化剂容易，装填时一次自动完成，时间短；卸催化剂时，只要打开卸料管盲板，催化剂自动卸下，仅几个小时完成。

3、内筒中无热交换器、冷管束，高压空间利用率高达75％，催化剂装填多，精制能力大；

4、无需特殊耐高压、高温抗氢钢材料，只需普通CrMo钢，造价便宜。

5、节能：已有的类似技术是在运行中开启电炉，以维持热平衡。本发明利用余热回收产生的中压饱和蒸汽或汽轮机背压过热蒸汽再利用，加热未反应气至215℃～225℃。

6、缩短开工投产时间，由现有工艺的七天缩短到只需8～10小时，省去大数额的开车费。

 

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图。

在图中

1-外筒；2-内筒；3-上层催化剂；4-上孔板；5-催化剂连通管；6-集气空腔；7-中心管；8-下催化剂层；9-电炉；10-下孔板；11-瓷球；12-卸料管；13-三通上填料；14-三通下填料；15-塔底三通；16-热交换器； 17-蒸汽加热器； 19-装料管；20-连接软管；21-阀门；22-催化剂贮罐。

具体实施方式

一种烃化反应器，如图1所示，该反应器由受压厚壁外筒1、受温内筒2、上催化床3、上孔板4、连通管5、集气空腔6、中心管7、下催化床8、电炉9、下孔板10、瓷球11、卸料管12组成。塔底有上、下两组三通填料13、14，分隔反应气和未反应气。催化剂分别由上、下孔板4、10支承，板上钻有许多小孔，上面铺有一至二层丝网，反应气可流通至下层，而催化剂不会漏下去。

将含有质量百分含量为0.05％~3％的CO+CO2混合氨原料气由反应器上部a管口进入，从内外筒之间的环隙自上而下至反应器下部b管口出反应器，进入热交换器16加热至185℃～195℃后，再进入过热蒸汽加热器17，被260℃～280℃过热蒸汽（也可利用240℃～250℃的饱和蒸汽）加热至215℃～225℃，从塔底三通13的d管口进入反应器内中心管7，由下而上到达内筒2上部空间，然后折向向下进入上催化床3，轴向通过上床层反应，反应气体集于上集气空腔6，往下流入下孔板10，分别经其板体上小孔，进入下催化床8内，轴向通过下催化床8反应后，气体中CO+CO2＜10PPM，反应气体集于下集气空腔6，往下流入内筒下部空间，再往下经三通套管至出气口c，进入热交换器16降温至70℃～100℃，进水冷降温约40℃，送下一工序。

中心管设置电炉9，用于新催化剂升温加热气体用，或在过热蒸汽加热器17出现故障时使用，正常生产时不用。

本发明的催化剂是预还原型或还原型，因还原型催化剂不能暴于空气中，装填还原型催化剂时，关闭与反应器连接管道的各阀门，封闭卸料管，在反应器内充入氮气，保持正压，将还原型催化剂桶22，将连接软管20与装料管19连接，开催化剂桶装下部阀门21，催化剂自动流入内件并填满。

带有阀门21的还原型催化剂桶22与连接软管20只需往反应器内注装催化剂时才吊至反应器如图1所示的位置。

本发明的催化剂是预还原型或还原型，例如烃化催化剂，其中一种主要成份是Fe₂O₃，其中的氧已被氢还原反应式为Fe₂O₃+H₂→Fe+H₂O（汽），式中的铁是有有无数微孔的固体颗粒，隔绝空气贮存在贮罐中，贮罐底部设有阀门和装料管。

因为非还原烃化催化剂在还原时温度需要达到480℃～490℃，中心管内电炉功率大，中心管直径大，占用空间多，缩小了催化剂装填量；还原温度达到480℃～490℃，高温还原气经过的下部三通要选用高温抗氢贵重材料。而本发明装填预还原型或还原型催化剂后，温度只达200℃即可投入正常生产，电炉功率减小1∕3，下部三通只选用普通CrMo钢即可。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。