專利名稱：合成氨廠co變換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是合成氨廠把CO變換成H2和CO2的一種方法，屬于合成氨生產(chǎn)氣體凈化技術(shù)的一部份。
石油化學(xué)工業(yè)出版社1976年3月出版的《合成氨工學(xué)》第二卷合成氨原料氣的凈化姜圣階等編著第十一章一氧化碳變換(134頁)和成都科技大學(xué)出版社1988年1月出版的《小氮肥生產(chǎn)工藝》姜德村編第五章一氧化碳變換(105頁)給出了CO變換現(xiàn)行技術(shù)的各種方法。綜合起來，現(xiàn)行CO變換方法有兩種。第一種是以裝中溫變換催化劑的中溫變換爐為中心的中溫變換系統(tǒng)流程，簡稱中變流程。第二種是中變流程串裝低溫變換催化劑的低溫變換爐，簡稱中低變流程。中變系統(tǒng)流程是裝中變催化劑的中變爐在300℃以上的溫度進(jìn)行CO變換，中變爐分為二段或三段，在爐內(nèi)設(shè)段間水蒸發(fā)器或設(shè)蒸氣冷激管或設(shè)水冷激管或設(shè)半水煤氣冷激管，或在爐外設(shè)段間換熱器、段間水加熱器等方式移去反應(yīng)熱、降低反應(yīng)溫度;附屬熱水塔、水飽和塔、中變換熱器、熱水循環(huán)泵、上水泵等設(shè)備回收熱量;出口變換氣含CO3%以上，后面還必須經(jīng)銅洗工段(或液氮洗滌工段)處理才能達(dá)到合成氨的要求。其缺點(diǎn)是變換反應(yīng)溫度在300℃以上，流程長，設(shè)備多，占地多，工藝復(fù)雜，操作麻煩，材質(zhì)要求高，投資大，耗能多，工藝成本高;后邊還必須經(jīng)銅洗工段處理才能達(dá)到要求。第二種方法只是串上低溫變換爐，將含CO3%以上的中變氣進(jìn)一步降到含CO0.4%以下，后面可用較簡單的甲烷化方法處理合格。這只是用低變爐加甲烷化代替了銅洗工段，同樣存在上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)行合成氨CO變換方法存在的缺點(diǎn)而提供一種無中溫變換系統(tǒng)流程的裝低溫變換催化劑的內(nèi)設(shè)有移熱管的低變爐，既能將CO含量降到0.4%以下，又能回收反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的CO低溫變換方法。
本發(fā)明的目的通過以下措施實(shí)現(xiàn)1.不用中溫變換系統(tǒng)流程，將含CO的原料轉(zhuǎn)化氣或半水煤氣升溫到210℃左右并配入一定比例的水蒸汽直接引入裝有低溫變換催化劑，設(shè)有水蒸發(fā)移熱管的低溫變換爐內(nèi)進(jìn)行變換反應(yīng)。
2.在低溫變換爐內(nèi)設(shè)足夠傳熱面積的水蒸發(fā)移熱管，用上水泵打入凝集水或熱軟水在管內(nèi)蒸發(fā)成蒸汽移去反應(yīng)熱，蒸汽引出低變爐作變換用蒸汽或作其它用;調(diào)節(jié)移熱管進(jìn)口水量、水溫、或出口蒸汽的流量、壓力等都可調(diào)節(jié)控制低變爐的反應(yīng)溫度和出口低變氣的溫度。移熱管的形狀、結(jié)構(gòu)有多種，只要能移走反應(yīng)熱、控制反應(yīng)溫度在210℃～250℃，控制出口汽溫度在230℃～250℃，并將水蒸汽引出變換爐即可。
本發(fā)明與現(xiàn)有CO變換方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1.去掉了中變系統(tǒng)流程，流程縮短，設(shè)備少，占地少，可節(jié)省大量投資。
2.去掉了大排量的熱水循環(huán)泵，設(shè)小排量的上水泵，降低了電耗。
3.流程縮短，散熱面積減少，提高了反應(yīng)熱的回收率并轉(zhuǎn)化為蒸汽，可降低外供蒸汽用量。
4.不用中溫變換催化劑，用低溫變換減少了材料消耗和降低對材質(zhì)的要求。
5.當(dāng)前我國以煤焦為原料的中小合成氨生產(chǎn)廠還不能去掉銅洗工段搞甲烷化，主要原因是CO含量保證不了0.4%以下。本發(fā)明由于控制了低變反應(yīng)溫度，出口變換氣含CO能保證達(dá)到0.4%～0.2%以下，即可去掉銅洗工段搞甲烷化;這樣全國上千家中小氮肥廠合成氨成本可望有較大幅度降低。
6.流程短、設(shè)備少可減少操作人員。
附面說明如下附

圖1為實(shí)施例工藝流程圖半水煤氣(35℃)由低變換熱器(1)殼程下部進(jìn)入，在殼程中上部(五分之四高)配入175℃～200℃水蒸汽切向進(jìn)口，從殼程上部出換熱器溫度為200℃～210℃引入裝有B301耐硫低變催化劑的低溫變換爐(2)下部進(jìn)口，經(jīng)氣體分布板進(jìn)入催化劑層進(jìn)行變換反應(yīng);反應(yīng)熱由上水泵(3)打入水蒸發(fā)移熱管(4)的凝集水汽化為蒸汽帶走，通過集汽管(5)引入汽包(6)分離水份后蒸汽去配蒸汽管作變換反應(yīng)用;變換爐反應(yīng)溫度控制在210℃～250℃，出口變換氣溫度控制在230℃～250℃，變換氣引入換熱器(1)管程進(jìn)口(上部)從管程下部出口去下一工序;變換爐反應(yīng)溫度和出口氣溫度由控制上水泵出口水量來控制;汽包(6)設(shè)有液面計(jì)(7)，補(bǔ)充凝集水由汽包中部加入;變換爐內(nèi)設(shè)有熱電偶測溫點(diǎn)T1、T2、T3、T4。
附圖2為水蒸發(fā)移熱管單層排布圖，各移熱管平行排布。
(1)為變換爐外殼;(2)為移熱管爐內(nèi)部份;(3)為移熱管爐外部份。
附圖3為水蒸發(fā)移熱管結(jié)構(gòu)圖凝集水從水進(jìn)口(1)經(jīng)內(nèi)管(2)進(jìn)入外管(3)蒸發(fā)成蒸汽由出口(5)引出;(4)移熱管插入爐內(nèi)與爐殼連接法蘭;(6)內(nèi)外管連接法蘭。
本發(fā)明下面結(jié)合實(shí)施例附圖進(jìn)一步詳述如附圖1所示實(shí)施例工藝流程圖。
1.按低變爐(2)出口變換氣溫度為230℃～250℃走管程，半水煤氣溫度為35℃走殼程經(jīng)換熱后溫度升到200℃～210℃，變換氣溫度降到70℃～80℃設(shè)計(jì)制造列管式低變換熱器(1)，工作壓力0.8MPa，工作溫度260℃，殼程4/5高處設(shè)配入蒸汽切向進(jìn)入口。
2.按干氣空速1400h-1計(jì)算B301耐硫低變催化劑的用量及反應(yīng)熱量，按反應(yīng)熱量計(jì)算出移熱管爐內(nèi)總傳熱面積和爐內(nèi)總體積并按此設(shè)計(jì)制造低變爐，工作壓力為0.8MPa，工作溫度為260℃，總傳熱面積保證系數(shù)取1.3～2，總?cè)莘e保證系數(shù)取1.25～1.5。
3.壓力為0.8MPa的半水煤氣，溫度35℃進(jìn)入低變換熱器(1)與低變爐(2)出來的溫度為230℃～250℃的低變氣換熱并配入水蒸汽/干汽＝0.5～0.8(體積)比例的水蒸汽(溫度175℃～200℃)，出換熱器溫度為200℃～210℃，從低變爐底進(jìn)入低變爐經(jīng)氣體分布板進(jìn)入催化劑層進(jìn)行CO變換反應(yīng)。爐內(nèi)裝B301耐硫低溫變換催化劑，反應(yīng)溫度和出口氣溫度由控制上水泵(3)出口水量來調(diào)節(jié);爐內(nèi)移熱管(4)如附圖3所示的套管形結(jié)構(gòu)，在爐內(nèi)縱向分層安裝，層間相措90°，層數(shù)根據(jù)低變爐高度和移熱管爐內(nèi)部份總體積計(jì)算;單層排布方式如附圖2所示為橫截面內(nèi)平行排布。移熱管外管用φ45×3.5，內(nèi)管用φ20×3無縫鋼管。水蒸汽由集汽管(5)上行引進(jìn)汽包上部，下行引入汽包中部;補(bǔ)充凝集水由汽包中部進(jìn);汽包下部與上水泵(3)水進(jìn)口管相連。低變爐出口氣經(jīng)換熱降溫到70℃～80℃去下一工序。
權(quán)利要求
1.合成氨廠CO變換方法現(xiàn)有技術(shù)為中溫變換系統(tǒng)流程和中溫變換系統(tǒng)流程串裝低變催化劑的低變爐兩種，本發(fā)明為無中溫變換系統(tǒng)流程，用裝低變催化劑的低變爐CO變換方法；其特征是a、在低變爐內(nèi)設(shè)足夠移去反應(yīng)熱的移熱管；b、引凝集水或熱軟水入移熱管內(nèi)蒸發(fā)成蒸汽引出低變爐，移走反應(yīng)熱；控制、調(diào)節(jié)引入的水量來調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和出口氣溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的CO變換方法，其特征是控制出口氣溫度在230-250℃。
全文摘要
合成氨廠CO變換方法的現(xiàn)有技術(shù)為中變系統(tǒng)流程和中變系統(tǒng)流程串低變爐兩種，其缺點(diǎn)是流程長，工藝復(fù)雜，設(shè)備多，能耗高，占地多，投資大等；本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種無中變系統(tǒng)流程，用裝低溫變換催化劑，并設(shè)有水蒸發(fā)移熱管的低變爐，能調(diào)節(jié)控制反應(yīng)溫度和出口變換氣溫度，又能回收反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為水蒸汽的低溫變換方法，其效果是減少設(shè)備，縮短流程，投資少，合成氨成本低，操作方便。
文檔編號(hào)C01B33/44GK1038439SQ89100869
公開日1990年1月3日 申請日期1989年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月2日
發(fā)明者張玉成 申請人:張玉成