一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的工艺方法

摘要

本发明涉及一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的工艺方法，其特征在于它包括：步骤一除油水和焦油、步骤二换热提温、步骤三脱毒、步骤四器外逆向增湿、步骤五等温变换反应、步骤六冷却分离蒸汽冷凝水。本发明应用于固定床制气的合成氨和甲醇生产装置后，具有脱毒彻底、触媒寿命长、变换反应器触媒不结块和不超温等优点，大大提高了一氧化碳变换的生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于煤化工生产技术领域，特别是涉及一种干气脱毒器外逆向增湿等 温一氧化碳变换的工艺方法。

技术背景

在目前以煤为原料的传统的中小氮肥厂中，大多以常压间歇或连续固定床制 取原料气，原料气中含有0.3～0.5％的氧，氧易使变换触媒硫酸盐化而快速失活。 尽管现在普通变换工艺中在进变换触媒前都设有净化脱毒剂，但进入脱毒净化器 的气体都是添加蒸汽后的湿气。利用脱毒剂脱氧，从脱氧(H₂+O₂→H₂O)化学反 应平衡的角度来说，半水煤气中存在0.2～0.3汽/气比是不可能有效脱除半水煤 气中的氧，因而始终有氧漏入触媒层，造成累积性的硫酸盐化，从而使触媒失活， 这是全低触媒不可逆转的快速失活的主要原因之一。如果在生产过程中增加汽/ 气比，则脱氧效率下降。

在传统0.85MPa压力下的变换工艺中都带有热水饱和塔，该热水饱和塔工艺 易出现塔内带水现象，引起触媒结块，导致一段上层的脱毒剂失效，造成床层漏 氧，使得变换触媒失活；由于半水煤气中有水汽的存在，容易产生露点腐蚀，对 设备及管道的材质要求很高。

半水煤气中含有30％以上的一氧化碳，在加压高温下易与碳钢管道反应生成 羰基铁，在中变炉入口的粉尘、全低变一段入口的细红粉中，一部分就是煤气中 的羰基铁的分解物所致。这些粉尘在湿气的情况下容易结块堵塞触媒的孔道，引 起比表面积下降，造成触媒的活性下降，同时触媒层的阻力上升。

目前我国以煤为原料的中小氮肥厂的变换工艺上，为了节省蒸汽消耗，回收 系统富余热能，都采用热水增湿半水煤气，来调节半水煤气中的汽气比。增湿的 方法千遍一律的采用增湿器内喷水增湿：半水煤气从增湿器的下部进入增湿器， 经过填料层与自上而下的热水进行传质换热，然后从增湿器的上部离开增湿器。 由于热水从上部进，而气体从上部出，很容易形成雾沫夹带。半水煤气中夹带有 雾状水珠会使设备和管道产生露点腐蚀，同时也会使变换触媒粉化结块，引起比 表面积下降，造成触媒的活性下降，同时触媒层的阻力上升，触媒使用寿命降低。

目前我国以煤为原料的中小氮肥厂的变换工艺上，无论是中温变换工艺、中 串低工艺、中低低工艺还是全低变工艺，变换反应器大都采用绝热式反应器。在 绝热反应器的应用上要受到触媒的热稳定性和设备材料的选择限制性的影响，因 此现在所有的变换绝热反应器都要设置多段变换触媒床层来完成变换任务，在变 换反应器外要设置反应热回收设备以及相连接的管道、阀门等。由于变换反应器 的出口气体的温度较高，所以换热设备和管道都是高温设备和高温管道，造成现 在的绝热变换工艺流程复杂，操作难度偏大，且设备及管道的制造和维护费用较 高。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种干气脱毒器外逆向增湿 等温一氧化碳变换的工艺方法，本发明应用于固定床制气的合成氨和甲醇生产装 置后，具有脱毒彻底、触媒寿命长、变换反应器触媒不结块和反应温度可控等优 点，可大大提高一氧化碳变换的生产效率。

根据本发明提出的一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的工艺方 法，其特征在于它包括如下具体步骤：

步骤一，除油水和焦油：将界外工序来的半水煤气通过油水分离器和焦油过 滤器分离，脱出半水煤气中夹带的油水和煤焦油，完成对半水煤气进行的初步净 化处理；

步骤二，换热提温：半水煤气在第一换热器和第二换热器中与反应后的变换 气进行换热升温，使半水煤气的气体温度达到脱毒净化器所需控制的温度180 ℃～200℃；

步骤三，脱毒：半水煤气进入脱毒器，在脱毒器中脱毒催化剂的作用下，脱 除气体的毒物氧以及其它有毒物，并放出反应热Q，其主要反应方程式为：

H₂+O₂→H₂O+Q；

使进入一氧化碳等温变换反应器的半水煤气中的氧被彻底清除；

步骤四，器外逆向增湿：将除氧脱毒后的半水煤气进行喷水增湿，在增湿器 的半水煤气进口管内设置增湿高效雾化喷头，用洁净的蒸汽冷凝水或脱氧软水给 半水煤气增湿，喷头喷射水的方向与半水煤气体流动的方向相反，增湿后的气体 进入增湿器填料层进一步汽化，即可满足一氧化碳等温变换反应对半水煤气的汽 气比和温度的要求；

步骤五，等温变换反应：增湿后的湿半水煤气进入变换炉催化剂床层进行变 换反应，即由一氧化碳与水蒸汽反应生成二氧化碳和氢气，并放出反应热Q，其 反应方程式为：

CO+H₂O→CO₂+H₂+Q；

反应热Q通过等温变换反应器的换热弯曲管，利用饱和热水将反应热Q在塔内移 除，以满足副产生产装置所需的蒸汽；

步骤六，冷却分离蒸汽冷凝水：反应后的变换气依次通过第二换热器、锅炉 给水加热器和第一换热器，与半水煤气和锅炉给水换热降温，然后该变换气依次 进入软水加热器、水冷却器降温至35～40℃，最后进入水分离器将蒸汽冷凝水 脱出，得到合格的变换气离开变换系统。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是本发明采用半水煤气进入脱毒净化器脱毒的条件，是在干半水煤气的状 态下进行的，即半水煤气进脱毒反应器前不添加蒸汽或饱和热水；由于进入脱毒 反应器的半水煤气不含饱和水蒸汽，气体中绝不可能存在未饱和的雾状水汽；这 样脱毒剂不会因有水而粉化形成结块，对设备也不会形成露点腐蚀；由于脱毒过 程无水汽，脱毒剂对氧的脱出也更会彻底。

二是本发明调节一氧化碳等温变换反应器入口反应气的温度和汽气比，采 用了器外逆向增湿方式，使半水煤气进增湿塔前对其采用高效雾化喷头用高温洁 净的蒸汽冷凝水或脱氧软水增湿，喷水喷射方向与半水煤气体流动方向相反；增 湿后的气体进入增湿器填料增进一步汽化；有效地避免了气体在器内喷水增湿容 易形成雾沫夹带的弊端，使得变换催化剂不受冷凝雾状水珠的影响而结块，也不 会使触媒层表面形成硫酸盐化，保证了半水煤气的汽气比和温度能够满足一氧化 碳等温变换反应的要求。

三是本发明采用的等温一氧化碳变换反应器中的一氧化碳变换反应过程的 反应热是在塔内通过移热元件来完成的，使得一氧化碳变换反应的热点温度始终 保持在一个给定的恒定值，使得反应器的出口气体温度和器内的反应热点温度相 当；反应器的热点温度可根据不同生产装置所需蒸汽品味等级来确定，一般等温 反应器的气体出口温度要比绝热反应器的出口温度低100℃左右，一氧化碳变换 反应的反应转化率得到了很大的提高；

四是本发明取消了绝热反应器所需的塔外移热设备及连接管道、阀门等，使 得变换工序的其他辅助换热设备的制造难度大幅度下降，从而解决了绝热的变换 反应器所带来的变换气出口温度高，造成塔外移热设备及管道制造难度偏高、占 地和投资偏大等难题。

附图说明

附图1是本发明提出的一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的工 艺方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

结合图1，本发明提出的一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的工 艺方法，它包括如下具体步骤：

步骤一，除油水和焦油：将界外工序来的半水煤气通过油水分离器和焦油过 滤器分离，脱出半水煤气中夹带的油水和煤焦油，完成对半水煤气进行的初步净 化处理；

步骤二，换热提温：半水煤气在第一换热器和第二换热器中与反应后的变换 气进行换热升温，使半水煤气的气体温度达到脱毒净化器所需控制的温度180 ℃～200℃；

步骤三，脱毒：半水煤气进入脱毒器，在脱毒器中脱毒催化剂的作用下，脱 除气体的毒物氧以及其它有毒物，并放出反应热Q，其主要反应方程式为：

H₂+O₂→H₂O+Q；

使进入一氧化碳等温变换反应器的半水煤气中的氧被彻底清除；

步骤四，器外逆向增湿：将除氧脱毒后的半水煤气进行喷水增湿，在增湿器 的半水煤气进口管内设置增湿高效雾化喷头，用洁净的蒸汽冷凝水或脱氧软水给 半水煤气增湿，喷头喷射水的方向与半水煤气体流动的方向相反，增湿后的气体 进入增湿器填料层进一步汽化，即可满足一氧化碳等温变换反应对半水煤气的汽 气比和温度的要求；

步骤五，等温变换反应：增湿后的湿半水煤气进入变换炉催化剂床层进行变 换反应，即由一氧化碳与水蒸汽反应生成二氧化碳和氢气，并放出反应热Q，其 反应方程式为：

CO+H₂O→CO₂+H₂+Q；

反应热Q通过等温变换反应器的换热弯曲管，利用饱和热水将反应热Q在塔内移 除，以满足副产生产装置所需的蒸汽；

步骤六，冷却分离蒸汽冷凝水：反应后的变换气依次通过第二换热器、锅炉 给水加热器和第一换热器，与半水煤气和锅炉给水换热降温，然后该变换气依次 进入软水加热器、水冷却器降温至35～40℃，最后进入水分离器将蒸汽冷凝水 脱出，得到合格的变换气离开变换系统。

本发明进一步的优选方案是：步骤四所述增湿高效雾化喷头的设置距离为增 湿器进口管口2米处；步骤五所述一氧化碳与水蒸汽反应是在催化剂床层中的各 个反应段层的反应温度保持在等温状态下进行的，所产生的一氧化碳变换反应热 的移热方式为塔内移热。

实施例1。以本发明应用于采用块煤或型煤原料的固定床、制气量年产18 万吨合成氨和0.8MPa的一氧化碳变换装置为例，对本发明的具体实施方式作进 一步的详细说明。

实施例1公开的一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的装置如图1 所示，它包括油水分离器、过滤器、第一换热器、第二换热器、脱毒净化器、增 湿器、等温变换炉、锅炉给水加热器、脱盐水加热器、水冷却器和水分离器等。

实施例1公开的一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的工艺方法， 其具体步骤如下：

步骤一，来自界外工序的常温、0.8MPa的半水煤气先后进入油水分离器和 焦油过滤器，在油水分离器中分离出气体夹带的雾状油水并排除，在焦油过滤器 中气体中的煤焦油吸附脱出，完成对半水煤气进行的初步净化处理；

步骤二，经初步净化处理后的半水煤气先后进入第一换热器和第二换热器 中，与反应后的变换气进行换热升温，使半水煤气的气体温度达到脱毒净化器所 需的温度180℃～200℃；

步骤三，升温后的半水煤气进入半水煤气进入脱毒器，在脱毒器中的脱毒催 化剂的作用下，脱除气体的毒物氧以及其它有毒物，并放出反应热Q，其主要反 应方程式为：

H₂+O₂→H₂O+Q；

使进入一氧化碳等温变换反应器的半水煤气中的氧被彻底清除；

步骤四，将除氧脱毒后的250℃～270℃、0.79MPa的半水煤气进入增湿器的 管道内，在距离增湿器进口管口约2米处设置增湿高效雾化喷头，用洁净的蒸汽 冷凝水或脱氧软水给半水煤气增湿，喷头喷射水的方向与半水煤气体流动的方向 相反；增湿后的气体进入增湿器填料增进一步汽化；同时在增湿器内设置蒸汽添 加管，用以调节半水煤气的汽气比和汽化温度，使进入等温变换炉的湿半水煤气 的温度保持在180℃～200℃、蒸汽/干气的摩尔比为0.35，确保出增湿器的湿半 水煤气中绝对没有雾状水珠；

步骤五，将出增湿器的湿半水煤气进入变换炉催化剂床层进行变换反应，一 氧化碳和水蒸汽在温度230℃、压力0.8MPa和钴钼系催化剂的作用下反应生成 二氧化碳和氢气，并放出反应热Q，其反应方程式为：

CO+H₂O→CO₂+H₂+Q；

反应热Q通过等温变换反应器的换热弯曲管，利用饱和热水将反应热Q移除，以 满足副产2.0MPa饱和蒸汽、副产蒸汽量每小时为10.25吨；

步骤六，反应后约0.77MPa、230℃的变换气依次通过第二换热器、锅炉给 水加热器和第一换热器，与半水煤气和锅炉给水换热降温，并保持出第二换热器 的变换气温度为180℃、出锅炉给水加热器的变换气温度为155℃、出第一换热 器的变换气温度为80℃，然后该变换气依次进入软水加热器、水冷却器降温至 35～40℃，最后进入水分离器将蒸汽冷凝水脱出，得到合格的变换气并离开变换 系统。

本发明的应用实施例与现有技术相比的显著优点见表1。

表1：本发明的应用实施例与现有技术相比的显著优点一览表

本发明中凡未作说明的技术手段均为本领域技术人员所公知的现有技术。

以上结合附图和本发明一个实施例所述的具体实施方式是对本发明提出的 一种干气脱毒器外逆向增湿等温一氧化碳变换的工艺方法技术思想的具体支持， 不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方 案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范 围。