本發(fā)明涉及一種CO變換反應(yīng)裝置及工藝，尤其涉及到煤化工等領(lǐng)域?qū)υ蠚膺M(jìn)行CO變換，生產(chǎn)CO₂和H₂的基本工藝，具體涉及束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置及變換工藝。

背景技術(shù)：
：

煤化工、天然氣化工、煤層氣化工、沼氣化工等涉及到要制取H₂氣或CO₂等氣體的工業(yè)中，均涉及到原料氣中CO的變換轉(zhuǎn)化，尤其目前大力推廣的環(huán)保型粉煤氣化爐、水煤漿氣化爐等此類加壓的、高濃度的CO原料氣體，它們在目前節(jié)能性能較好的催化劑(Co-Mo系、Cu-Zn系等)作用下，在適宜的反應(yīng)條件下，使CO和H₂O反應(yīng)生成CO₂和H₂，并放出熱量，其反應(yīng)方程式為：CO+H₂O＝CO₂+H₂+Q_放。由于目前采用了純氧制氣的水煤漿或粉煤氣化方式，原料氣中的CO含量很高，達(dá)到45％～65％，目前傳統(tǒng)的絕熱變換由于受“反應(yīng)溫升”限制，為防止“飛溫”，則采用多床層串聯(lián)式變換爐，往往一個(gè)變換工序有至少四臺變換爐，當(dāng)CO含量高時(shí)，達(dá)到四臺以上的變換反應(yīng)器，由于原料氣中的CO含量很高，產(chǎn)生的“溫升”較高。

為了解決上述問題，申請?zhí)枮?012101857319的專利申請?zhí)峁┝艘环N副產(chǎn)高品位蒸汽節(jié)能深度轉(zhuǎn)化的水移熱變換工藝，在該變換工藝中，采用兩級變換爐工藝，兩級變換爐均為水移熱變換爐，利用水移熱換熱爐內(nèi)部的水管將反應(yīng)熱移出，分別副產(chǎn)2.56-9.0MPa和0.5-2.5MPa的飽和蒸汽，使得變換爐的出口溫度變的易于控制，在該申請所述的技術(shù)方案中，為了獲得較高品質(zhì)的蒸汽及提高CO的反應(yīng)效率，在第一級變換爐中，反應(yīng)溫度的上限設(shè)置控制在400℃，由于反應(yīng)溫度達(dá)到330℃時(shí)，開始有甲烷產(chǎn)生，較高的反應(yīng)溫度可以得到較高的CO反應(yīng)效率，但卻使得變換氣的成分變的復(fù)雜，增加了后續(xù)處理的難度和費(fèi)用。

在上述申請中，第二級變換爐采用了一段式的反應(yīng)爐，一段式的反應(yīng)爐的爐體的結(jié)構(gòu)相對簡單。經(jīng)過一級變換爐后，原料氣中的大部分CO已完成轉(zhuǎn)化，二級變換爐實(shí)際的作用是提高CO的轉(zhuǎn)化率，以提高原料氣的利用效率，由于在二級變換爐中變換氣中CO的濃度已非常低，一段式的變換爐如果要使CO的轉(zhuǎn)換率較高，就要使變換爐具有較大的長度，以延長變換氣在二級變換爐中的停留時(shí)間，這不但需要制作體積較大的反應(yīng)爐，也增加了生產(chǎn)的控制難度，不利于整個(gè)生產(chǎn)的平穩(wěn)進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

因此有必要提供一種技術(shù)方案，在保持CO轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上，盡可能避免甲烷化反應(yīng)的產(chǎn)生，以及合理地利用反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱能。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，本申請?zhí)峁┑牡谝环桨甘鞘苁剿惨茻釓?fù)合型CO變換裝置，包括束管式水床反應(yīng)器、多段式變換反應(yīng)器、第一汽包、第一換熱器、第二換熱器和脫毒罐；

束管式水床反應(yīng)器的頂部設(shè)置有氣體進(jìn)口A和冷媒出口A，在底部設(shè)置有氣體出口A和冷媒進(jìn)口A，在該束管式水床反應(yīng)器中設(shè)置有用于移出反應(yīng)熱的水冷集束管組合件，水冷集束管組合件的上端通過上封頭與冷媒出口A連通，水冷集束管組合件的下端通過下封頭與冷媒進(jìn)口A連通；水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個(gè)用于放置催化劑的空腔，空腔的上下兩端收縮、中間大，在集束管間放置催化劑；

多段式變換反應(yīng)器至少包括首段反應(yīng)段和末段反應(yīng)段，在首段反應(yīng)段上設(shè)置有首段氣體進(jìn)口IB和首段氣體出口IB，在末段反應(yīng)段上設(shè)置有末段氣體進(jìn)口IIB和末段氣體出口IIB；

第一汽包設(shè)置有出水口A、回水口A、蒸汽出口A和進(jìn)水口A；

第一換熱器的冷媒通道經(jīng)脫毒罐連通束管式水床反應(yīng)器的氣體進(jìn)口A，束管式水床反應(yīng)器的氣體出口A依次經(jīng)第一換熱器的熱媒通道和第二換熱器的冷媒通道后、連通多段式變換反應(yīng)器的首段氣體進(jìn)口IB，多段式變換反應(yīng)器的首段氣體出口IB經(jīng)第二換熱器的熱媒通道后連通末段氣體進(jìn)口IIB；

第一汽包的出水口A連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒進(jìn)口A，第一汽包的回水口A連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒出口A。

本發(fā)明束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置中，設(shè)計(jì)了兩級變換反應(yīng)器，其中第一級變換反應(yīng)器采用目前技術(shù)較為先進(jìn)且成熟的束管式水床反應(yīng)器，束管式水床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱通過第一汽包進(jìn)行回收，用于生產(chǎn)蒸汽或作為其它熱源。

在束管式水床反應(yīng)器中，采用了水冷集束管組合件，水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個(gè)用于放置催化劑的空腔，在集束管間放置催化劑；當(dāng)原料氣經(jīng)氣體進(jìn)口A進(jìn)入到反應(yīng)器中后，進(jìn)入到集束管間的催化劑發(fā)生反應(yīng)，然后由氣體出口A排出，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量被水冷集束管中的水帶走?？涨皇降慕Y(jié)構(gòu)使比冷面積有很大的提高，提高了換熱效率，其中的封頭固定方式，減少了水冷集束管的振動，有利于換熱。良好的換熱功能，保證了原料氣中CO在轉(zhuǎn)換時(shí)，可以穩(wěn)定在設(shè)定的反應(yīng)溫度內(nèi)，避免出現(xiàn)反應(yīng)溫度過高，防止產(chǎn)生甲烷化副反應(yīng)。

在目前廣泛應(yīng)用的各式反應(yīng)器中，無論是徑向式反應(yīng)器還是軸向式反應(yīng)器，生產(chǎn)均采用連續(xù)式操作，在反應(yīng)器內(nèi)，原料氣中的各種組分總是存在著濃度差，隨著原料氣中CO不斷地轉(zhuǎn)換掉，其濃度也逐漸降低，CO的轉(zhuǎn)換效率也會大幅度地下降，在單級的反應(yīng)器中，CO的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到一定的范圍后，將很難再提高，為了提高CO的轉(zhuǎn)化效率，人們采用了多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)，以提高CO的轉(zhuǎn)換效率。在本發(fā)明中，第二級變換反應(yīng)器采用了多段式變換反應(yīng)器，在多段式變換反應(yīng)器中，原料氣在進(jìn)入下一反應(yīng)段時(shí)，由于過流通道變小，使得原料氣的流速變大，當(dāng)原料氣進(jìn)入到下一反應(yīng)段內(nèi)后，空間變大，快速進(jìn)入的原料氣發(fā)生劇烈的擾動，使原料氣的溫度以及各組分的濃度重新形成均勻的分布，有利于提高CO的轉(zhuǎn)換率和轉(zhuǎn)換速度，由此可降低變換反應(yīng)器的體積，降低整個(gè)CO變換裝置的整體費(fèi)用。

進(jìn)一步，該變換裝置還包括第二汽包，

第二汽包設(shè)置有出水口B、回水口B、蒸汽出口B和進(jìn)水口B；

在多段式變換反應(yīng)器中，至少有一段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)，其余反應(yīng)段為絕熱式結(jié)構(gòu)，在采用束管式水床結(jié)構(gòu)的反應(yīng)段內(nèi)設(shè)置有水冷換熱管，水冷換熱管的一端為冷媒進(jìn)口B，另一端為冷媒出口B；優(yōu)選首段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)；

第二汽包的出水口B連通上述冷媒進(jìn)口B，第二汽包的回水口B連通上述冷媒出口B。

在多段式變換反應(yīng)器中，至少設(shè)置一段束管式水床結(jié)構(gòu)的反應(yīng)段，并增設(shè)第二汽包后，通過汽包中的水可將多段式反應(yīng)器中的反應(yīng)熱移出；進(jìn)一步方便控制多段式變換反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度，確保CO變換反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行。

多段式變換反應(yīng)器的首段反應(yīng)段采用水床結(jié)構(gòu)后，可使大部分反應(yīng)熱被水移出，經(jīng)過首段反應(yīng)段的轉(zhuǎn)化后，變換氣中的CO含量已很低，在后續(xù)的轉(zhuǎn)化過程中，所產(chǎn)生的反應(yīng)熱量也很少，不會使變換氣的溫度產(chǎn)生比較大的升幅。僅將首段反應(yīng)段的反應(yīng)熱移出反應(yīng)器，已完全能夠滿足CO轉(zhuǎn)化的需要，同時(shí)也能夠使多段式變換反應(yīng)器的構(gòu)造簡單化，降低整個(gè)變換裝置的建設(shè)費(fèi)用。

將多段式變換反應(yīng)器的其余反應(yīng)段設(shè)置為絕熱式結(jié)構(gòu)后，使反應(yīng)過程不受外部環(huán)境溫度變化的影響，使反應(yīng)溫度的調(diào)整比較平穩(wěn)，保證生產(chǎn)的連續(xù)和穩(wěn)定性。

進(jìn)一步，該變換裝置還包括第三換熱器和第四換熱器；

多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB依次串接第三換熱器的熱媒通道和第四換熱器的熱媒通道；

第三換熱器的冷媒通道連通有除氧軟水管；第四換熱器的冷媒通道連通有軟水管。

第三換熱器和第四換熱器主要用于將完成反應(yīng)的變換氣所攜帶的熱能置換出來，使變換氣的溫度降低到≤40℃，以便進(jìn)入下道工序。置換出來的熱能可用來加熱軟水，加熱后的軟水可作為鍋爐用水，也可用于作為其它工藝用水。

連接第三換熱器除氧軟水管和連接第四換熱器的軟水管可以單獨(dú)生產(chǎn)不同品位的蒸汽，或者將上述除氧軟水管和軟水管通過除氧器連接起來，用于生產(chǎn)更高品位的蒸汽。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，本申請?zhí)峁┑牡诙桨甘鞘苁剿惨茻釓?fù)合型CO變換工藝，該變換工藝采用第一方案中的束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置進(jìn)行，包括如下步驟：

(1)、原料氣經(jīng)第一換熱器加熱后進(jìn)入脫毒罐進(jìn)行脫毒；

(2)、脫毒后的原料氣進(jìn)入到束管式水床反應(yīng)器，在束管式水床反應(yīng)器內(nèi)，部分CO轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O，原料氣轉(zhuǎn)化為變換氣，然后從束管式水床反應(yīng)器的氣體出口A排出；采用水間接回收反應(yīng)熱，用于生產(chǎn)3.9-4.0MPa中壓蒸汽；

(3)、從束管式水床反應(yīng)器出來的變換氣經(jīng)第一換熱器降溫，再經(jīng)過第二換熱器的升溫后，進(jìn)入到多段式變換反應(yīng)器的首段反應(yīng)段內(nèi)，在首段反應(yīng)段內(nèi)，繼續(xù)有部分CO轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O；

從首段反應(yīng)段出來的變換氣經(jīng)第二換熱器冷卻后返回到多段式變換反應(yīng)器的其它段內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，直到末段反應(yīng)段，然后從末段反應(yīng)段排出。

本發(fā)明束管式水床移熱復(fù)合型CO變換工藝，采用了第一方案束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置，用水將束管式水床反應(yīng)器中的反應(yīng)熱移出，以控制反應(yīng)溫度，使反應(yīng)溫度避免進(jìn)入到甲烷化反應(yīng)的溫度范圍，使CO的變換反應(yīng)順利地進(jìn)行。在多段式變換反應(yīng)器內(nèi)，變換氣在進(jìn)入相鄰的反應(yīng)段時(shí)，由于過流面積的減少，流速加快，使變換氣內(nèi)的各種組分重新分布均勻，提高了變換氣中CO的反應(yīng)效率，有效地提高了反應(yīng)的效率和降低了反應(yīng)的體積，并減少了反應(yīng)器的數(shù)量，僅采用兩個(gè)反應(yīng)器就可完成原料氣中CO的轉(zhuǎn)換。

進(jìn)一步，在本束管式水床移熱復(fù)合型CO變換工藝中，所述束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置還包括第三換熱器和第四換熱器，多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB依次串接第三換熱器的熱媒通道和第四換熱器的熱媒通道；所述變換工藝還包括如下步驟：

(4)、從多段式變換反應(yīng)器的末段反應(yīng)段排出的變換氣，依次經(jīng)第三換熱器和第四換熱器降溫后進(jìn)入下道工序；

(5)、軟水經(jīng)第四換熱器吸收變換氣中的熱能；

(6)、除氧軟水經(jīng)第三換熱器繼續(xù)吸收變換氣中的熱能。

增設(shè)第三換熱器和第四換熱器后，可方便地將變換氣所攜帶的熱能置換出，使變換氣降低到適宜的溫度，以便進(jìn)入到下一工序。除氧軟水或軟水吸收變換氣中的熱能后，可用于生產(chǎn)蒸汽，或用于其它工序作為熱源。當(dāng)然也可以將經(jīng)過第四換熱器加熱后的軟水在除氧后作為除氧軟水經(jīng)第三換熱器吸收變換氣中的熱能。

進(jìn)一步，軟水經(jīng)第四換熱器后，溫度由15-30℃升溫到95-105℃，經(jīng)過升溫后的軟水進(jìn)入除氧器進(jìn)行熱力除氧，除氧軟水經(jīng)第三換熱器升溫后，溫度達(dá)到130-180℃；

變換氣經(jīng)第三換熱器后，溫度降至130-170℃，經(jīng)第四換熱器后，溫度降至30-40℃。

95-105℃的軟水可在除氧后用于生產(chǎn)壓力約為0.1MPa的蒸汽或作為其它工藝用水，也可繼續(xù)加熱用于生產(chǎn)更高品位的蒸汽。130-180℃的除氧軟水可用于生產(chǎn)壓力約為1.0MPa的蒸汽或作為其它工藝用水，也可繼續(xù)加熱用于生產(chǎn)更高品位的蒸汽。

進(jìn)一步，所述多段式變換反應(yīng)器的首段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)，在首段反應(yīng)段內(nèi)設(shè)置有水冷換熱管，采用水通過水冷換熱管間接回收變換氣在多段式變換反應(yīng)器的首段反應(yīng)段內(nèi)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱，用于生產(chǎn)0.8-1.0MPa中壓蒸汽。

將多段式變換反應(yīng)器的首段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)，是由于經(jīng)過束管式水床反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化后，原料氣中的CO濃度已大幅度降低，在多段式變換反應(yīng)器中反應(yīng)量并不大，且大部分反應(yīng)集中在首段反應(yīng)段中，其它反應(yīng)段的主要作用是提高CO的轉(zhuǎn)化率，其中CO轉(zhuǎn)化為CO₂的量非常少，產(chǎn)生的反應(yīng)熱量也極少，對于變換氣的溫度提升的影響已很少，無需給予更多的關(guān)注。只需首段反應(yīng)段的反應(yīng)溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，即可控制多段式變換反應(yīng)器的整體反應(yīng)速度和反應(yīng)溫度。從首段反應(yīng)段所回收的反應(yīng)熱用于生產(chǎn)蒸汽。

進(jìn)一步，原料氣的水氣比為0.6-1.5；

在步驟(1)中原料氣經(jīng)第一換熱器加熱后的溫度為170-250℃，進(jìn)一步優(yōu)選為190-220℃；

變換氣在束管式水床反應(yīng)器的出口溫度為210-250℃，進(jìn)一步優(yōu)選為210-230℃；

變換氣在多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB的出口溫度為170-250℃，進(jìn)一步優(yōu)選為190-220℃。

為使反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，原料氣在束管式水床反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為210-250℃，優(yōu)選為210-230℃，變換氣在多段式反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為170-250℃，優(yōu)選為190-220℃。

采用低水氣比的原料氣，有利于降低反應(yīng)器的體積，降低整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的制作費(fèi)用。經(jīng)過第一換熱器中的升溫后，原料的溫度達(dá)到170-250℃，保證了原料氣的雜質(zhì)脫除效果，防止催化劑的中毒。將束管式水床反應(yīng)器的出口溫度設(shè)定為170-250℃，變換氣在多段式變換反應(yīng)器的出口溫度設(shè)定為170-250℃，使得原料氣在低水氣比條件下順利進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中不會出現(xiàn)甲烷化反應(yīng)的發(fā)生，甲烷化副反應(yīng)的避免，提高了原料氣中CO的有效利用率。

在將上述各溫度范圍進(jìn)一步限定后，可以更精確地對反應(yīng)的過程進(jìn)行控制，減少工藝調(diào)整的變換幅度，以降低工藝調(diào)整難度，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

進(jìn)一步，在束管式水床反應(yīng)器的出口變換氣中CO干基體積含量為1-3％，更進(jìn)一步，可將束管式水床反應(yīng)器的出口變換氣中CO干基體積含量為1.2-1.8％；在多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB的出口變換氣中CO干基體積含量為0.05-0.1％，更進(jìn)一步，可將多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB的出口變換氣中CO干基體積含量為0.06-0.08％。

控制束管式水床反應(yīng)器的出口變換氣中CO干基體積含量為1-3％，已經(jīng)具有較高的轉(zhuǎn)換效率，一味追求高轉(zhuǎn)換效率，于整個(gè)生產(chǎn)流程也無更多益處，但卻增加了工藝控制的難度，增大了生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，將束管式水床反應(yīng)器的出口變換氣中的CO濃度控制在體積含量為1-3％時(shí)，該濃度既可保證能夠在束管式水床反應(yīng)器中完成，又能為多段式變換反應(yīng)器提供穩(wěn)定的起源，保證原料氣的轉(zhuǎn)換效率，尤其是將束管式水床反應(yīng)器的出口變換氣中CO干基體積含量為1.2-1.8％時(shí)。

多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB的出口變換氣中CO干基體積含量關(guān)系到整個(gè)變換過程中CO總的轉(zhuǎn)換效率，CO的轉(zhuǎn)換效率決定著原料氣的有效利用率，高的轉(zhuǎn)換效率不但可以提高原料氣的利用率，還可降低后續(xù)工藝的負(fù)荷和能耗，但是超高的轉(zhuǎn)換效率也意味著需要更多的轉(zhuǎn)換設(shè)備，既更大的設(shè)備投資，適當(dāng)?shù)腃O轉(zhuǎn)換效率，才能使整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的投入和產(chǎn)出更加合理，將多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB的出口變換氣中CO干基體積含量控制在0.05-0.1％，尤其是控制在0.06-0.08％時(shí)，在保證了后續(xù)工藝的低負(fù)荷和低能耗的情況下，也使整個(gè)變換工藝設(shè)備的投入和產(chǎn)出比控制在一個(gè)恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

采用低水氣比的原料氣，反應(yīng)溫度控制在一個(gè)較低的范圍內(nèi)，杜絕了甲烷化反應(yīng)的發(fā)生，在低水氣比的操作條件下，對應(yīng)條件下的最低H₂S含量要求也低，從而避免變換催化劑的反硫化。在本申請中，束管式水床反應(yīng)器采用等溫操作，催化劑熱應(yīng)力小，并處于最佳性能區(qū)，有利于延長催化劑的使用壽命。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1的流程圖。

圖2是實(shí)施例2的流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

請參閱圖1，一種束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置，包括束管式水床反應(yīng)器210、多段式變換反應(yīng)器220、第一汽包218、第一換熱器211、第二換熱器221和兩個(gè)脫毒罐，兩個(gè)脫毒罐分別為脫毒罐A213和脫毒罐B214；束管式水床反應(yīng)器210的頂部設(shè)置有氣體進(jìn)口A和冷媒出口A，在底部設(shè)置有氣體出口A和冷媒進(jìn)口A，該束管式水床反應(yīng)器中設(shè)置有用于移出反應(yīng)熱的水冷集束管組合件，水冷集束管組合件的上端通過上封頭與冷媒出口A連通，水冷集束管組合件的下端通過下封頭與冷媒進(jìn)口A連通；水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個(gè)用于放置催化劑的空腔，空腔的上下兩端收縮、中間大，在集束管間放置催化劑；在本實(shí)施例中，束管式水床反應(yīng)器具體采用專利號為201410693545.5的設(shè)備，關(guān)于該設(shè)備的具體設(shè)計(jì)可參閱該專利文獻(xiàn)，不再贅述。

多段式變換反應(yīng)器220采用絕熱床式反應(yīng)器，具體包括兩段，分別為首段反應(yīng)段225和末段反應(yīng)段226，在首段反應(yīng)段225上設(shè)置有首段氣體進(jìn)口IB222和首段氣體出口IB223，在末段反應(yīng)段226上設(shè)置有末段氣體進(jìn)口IIB224和末段氣體出口IIB228；

第一汽包218設(shè)置有出水口A243、回水口A241、蒸汽出口A242和進(jìn)水口A244；

兩個(gè)脫毒罐并聯(lián)設(shè)置，第一換熱器211的冷媒通道經(jīng)脫毒罐連通束管式水床反應(yīng)器210的氣體進(jìn)口A，束管式水床反應(yīng)器210的氣體出口A依次經(jīng)第一換熱器211的熱媒通道和第二換熱器221的冷媒通道后、連通多段式變換反應(yīng)器220的首段氣體進(jìn)口IB222，多段式變換反應(yīng)器的首段氣體出口IB223經(jīng)第二換熱器221的熱媒通道后連通末段氣體進(jìn)口IIB224；

第一汽包218的出水口A243連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒進(jìn)口A，第一汽包的回水口A241連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒出口A，進(jìn)水口A244接通軟水管網(wǎng)。

在本實(shí)施例中，還設(shè)置有第三換熱器231和第四換熱器232，

多段式變換反應(yīng)器220的末段氣體出口IIB228依次串接第三換熱器231的熱媒通道和第四換熱器232的熱媒通道后，連通氣液分離器234的進(jìn)口，氣液分離器234的排氣口經(jīng)管道202連通下道工序；氣液分離器234底部的排液口經(jīng)管道203連接氣提塔236。

第三換熱器231的冷媒通道連通有除氧軟水管246；第四換熱器232的冷媒通道連通有軟水管247。

一種束管式水床移熱復(fù)合型CO變換工藝，利用上述水床移熱復(fù)合型CO變換裝置進(jìn)行，包括如下步驟：

(1)、原料氣201經(jīng)第一換熱器211加熱后升溫到220℃，然后進(jìn)入脫毒罐進(jìn)行脫毒；

(2)、脫毒后的原料氣進(jìn)入到束管式水床反應(yīng)器210，在束管式水床反應(yīng)器210內(nèi)，部分CO轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O，原料氣轉(zhuǎn)化為變換氣，然后從束管式水床反應(yīng)器排出，變換氣在束管式水床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度為230℃，變換氣的出口溫度為230℃，出口變換氣中CO干基體積含量為1.8％；第一汽包中的水將束管式水床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱移出，回收反應(yīng)熱，用于生產(chǎn)4.0MPa中壓蒸汽；中壓蒸汽經(jīng)蒸汽出口A242進(jìn)入到下一工序；

(3)、從束管式水床反應(yīng)器210出來的變換氣經(jīng)第一換熱器211降溫，再經(jīng)過第二換熱器221的升溫后，進(jìn)入到多段式變換反應(yīng)器220的首段反應(yīng)段225內(nèi)，在首段反應(yīng)段225內(nèi)，繼續(xù)有部分CO轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O；

從首段反應(yīng)段225出來的變換氣經(jīng)第二換熱器221冷卻后，返回到多段式變換反應(yīng)器的末段反應(yīng)段的末段氣體進(jìn)口IIB224，然后從末段氣體出口IIB228排出，變換氣在多段式變換反應(yīng)器220內(nèi)的反應(yīng)溫度為220℃，變換氣在末段氣體出口IIB228的出口溫度為220℃，出口變換氣中CO干基體積含量為0.08％；

(4)、從多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB228排出的變換氣，依次經(jīng)第三換熱器231和第四換熱器232降溫后進(jìn)入下道工序；變換氣經(jīng)第三換熱器后溫度降到170℃，經(jīng)第四換熱器后溫度降到40℃；

(5)、軟水經(jīng)第四換熱器232吸收變換氣中的熱能；

(6)、除氧軟水經(jīng)第三換熱器231繼續(xù)吸收變換氣中的熱能。

在本實(shí)施例中，變換氣經(jīng)第四換熱器降溫后進(jìn)入到氣液分離器234中，經(jīng)過分離，氣體經(jīng)管道202直接進(jìn)入氨合成工序；液體經(jīng)管道203進(jìn)入到氣提塔236，在氣提塔236內(nèi)，經(jīng)過氣提后的氣體經(jīng)管道204進(jìn)入下一工序，由氣提塔236下部排出的液體經(jīng)管道205回收利用，蒸汽由管道248進(jìn)入氣提塔內(nèi)。

在本實(shí)施例中，經(jīng)第四換熱器332加熱后的軟水由20℃升溫到100℃，經(jīng)過升溫后的軟水進(jìn)入除氧器進(jìn)行熱力除氧，除氧后的軟水經(jīng)第三換熱器升溫后，溫度達(dá)到180℃；然后進(jìn)入到蒸發(fā)汽包，生產(chǎn)1.0MPa的次低壓蒸汽。

本實(shí)施例中，變換反應(yīng)器只有兩個(gè)，為串聯(lián)的束管式變換反應(yīng)器和絕熱床式反應(yīng)器，整個(gè)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)簡單，在整個(gè)反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度控制在距離330℃有一定的溫差，可以確保在CO的轉(zhuǎn)化過程中，杜絕甲烷化反應(yīng)的發(fā)生。

在本實(shí)施例中，絕熱床式反應(yīng)器的出口變換氣中CO干基體積含量為0.08％，CO的轉(zhuǎn)換率較高，且在整個(gè)反應(yīng)過程中無甲烷化副反應(yīng)的發(fā)生，變換氣無需經(jīng)過洗滌，僅需要進(jìn)行降溫和氣液分離即可進(jìn)入合成氨工序。變換氣后續(xù)處理的簡單化，降低了CO₂凈化的費(fèi)用，也降低了合成氨的制造成本。

實(shí)施例2

請參閱圖2，一種束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置，包括束管式水床反應(yīng)器310、多段式變換反應(yīng)器320、第一汽包318、第二汽包327、第一換熱器311、第二換熱器321和兩個(gè)脫毒罐，兩個(gè)脫毒罐分別為脫毒罐A313和脫毒罐B314；束管式水床反應(yīng)器310頂部設(shè)置有氣體進(jìn)口A和冷媒出口A，在底部設(shè)置有氣體出口A和冷媒進(jìn)口A，該束管式水床反應(yīng)器中設(shè)置有用于移出反應(yīng)熱的水冷集束管組合件，水冷集束管組合件的上端通過上封頭與冷媒出口A連通，水冷集束管組合件的下端通過下封頭與冷媒進(jìn)口A連通；水冷集束管組合件由水冷集束管圍成一個(gè)用于放置催化劑的空腔，空腔的上下兩端收縮、中間大，在集束管間放置催化劑；在本實(shí)施例中，束管式水床反應(yīng)器具體采用專利號為201410693545.5的設(shè)備，關(guān)于該設(shè)備具體設(shè)計(jì)可參閱該專利文獻(xiàn)，不再贅述。

多段式變換反應(yīng)器320采用束管式水床復(fù)合絕熱床式反應(yīng)器，具體包括兩段，分別為首段反應(yīng)段325和末段反應(yīng)段326，首段反應(yīng)段采用束管式水床結(jié)構(gòu)，在首段反應(yīng)段325上設(shè)置有首段氣體進(jìn)口IB322、首段氣體出口IB323、冷媒進(jìn)口B和冷媒出口B；在末段反應(yīng)段326上設(shè)置有末段氣體進(jìn)口IIB324和末段氣體出口IIB328；可以理解，多段式變換反應(yīng)器320還可以選用三段式、四段式或五段式束管式水床復(fù)合絕熱床式反應(yīng)器；其中束管式水床結(jié)構(gòu)可以設(shè)置兩段或三段，但建議水床結(jié)構(gòu)只設(shè)置一段，并設(shè)置在首段反應(yīng)段。

第一汽包318設(shè)置有出水口A343、回水口A341、蒸汽出口A342和進(jìn)水口A351；

第二汽包327設(shè)置有出水口B349、回水口B345、蒸汽出口B344和進(jìn)水口B352；

兩個(gè)脫毒罐并聯(lián)設(shè)置，第一換熱器311的冷媒通道經(jīng)脫毒罐連通束管式水床反應(yīng)器310的氣體進(jìn)口A，束管式水床反應(yīng)器310的氣體出口A依次經(jīng)第一換熱器311的熱媒通道和第二換熱器321的冷媒通道后、連通多段式變換反應(yīng)器320的首段氣體進(jìn)口IB322，多段式變換反應(yīng)器的首段氣體出口IB323經(jīng)第二換熱器321的熱媒通道后連通末段氣體進(jìn)口IIB324；

第一汽包318的出水口A343連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒進(jìn)口A，第一汽包的回水口A341連通束管式水床反應(yīng)器的冷媒出口A，進(jìn)水口A351接通軟水管網(wǎng)。

第二汽包327的出水口B349連通多段式變換反應(yīng)器320的首段反應(yīng)段325上的冷媒進(jìn)口B，回水口B345連通冷媒出口B，進(jìn)水口B352接通軟水管網(wǎng)。

在本實(shí)施例中，還設(shè)置有第三換熱器331和第四換熱器332，多段式變換反應(yīng)器320的末段氣體出口IIB328依次串接第三換熱器331的熱媒通道和第四換熱器332的熱媒通道后，連通氣液分離器334的進(jìn)口，氣液分離器334的排氣口經(jīng)管道302連通下道工序；氣液分離器334底部的排液口經(jīng)管道303連接氣提塔336。

第三換熱器331的冷媒通道連通有除氧軟水管346；第四換熱器332的冷媒通道連通有軟水管347。

一種束管式水床移熱復(fù)合型CO變換工藝，利用上述束管式水床移熱復(fù)合型CO變換裝置進(jìn)行，包括如下步驟：

(1)、原料氣301經(jīng)第一換熱器311加熱后升溫到190-220℃，然后進(jìn)入脫毒罐進(jìn)行脫毒；

(2)、脫毒后的原料氣進(jìn)入到束管式水床反應(yīng)器310，在束管式水床反應(yīng)器310內(nèi)，部分CO轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O，原料氣轉(zhuǎn)化為變換氣，然后從束管式水床反應(yīng)器排出，變換氣在束管式水床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度為210-230℃，變換氣的出口溫度為210-230℃，出口變換氣中CO干基基體積含量為1.2-1.8％；第一汽包中的水將束管式水床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱移出，回收反應(yīng)熱，用于生產(chǎn)3.9-4.0MPa中壓蒸汽；中壓蒸汽經(jīng)蒸汽出口A342進(jìn)入到下一工序；

(3)、從束管式水床反應(yīng)器310出來的變換氣經(jīng)第一換熱器311降溫，再經(jīng)過第二換熱器321的升溫后，進(jìn)入到多段式變換反應(yīng)器320的首段反應(yīng)段325內(nèi)，在首段反應(yīng)段325內(nèi)，繼續(xù)有部分CO轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O；

從首段反應(yīng)段325出來的變換氣經(jīng)第二換熱器321冷卻后，返回到多段式變換反應(yīng)器的末段反應(yīng)段的末段氣體進(jìn)口IIB324，然后從末段氣體出口IIB328排出，變換氣在多段式變換反應(yīng)器320內(nèi)的反應(yīng)溫度為190-220℃，變換氣在末段氣體出口IIB328的出口溫度為190-220℃，出口變換氣中CO干基體積含量為0.06-0.08％；

第二汽包327中的水將多段式變換反應(yīng)器320的首段反應(yīng)段325內(nèi)的反應(yīng)熱移出，回收反應(yīng)熱，用于生產(chǎn)0.8-1.0MPa中壓蒸汽；中壓蒸汽經(jīng)蒸汽出口B344進(jìn)入到下一工序；

(4)、從多段式變換反應(yīng)器的末段氣體出口IIB328排出的變換氣，依次經(jīng)第三換熱器331和第四換熱器332降溫后進(jìn)入下道工序；變換氣經(jīng)第三換熱器后溫度降至130-170℃，經(jīng)第四換熱器后溫度降至30-40℃；

(5)、軟水經(jīng)第四換熱器332吸收變換氣中的熱能；

(6)、除氧軟水經(jīng)第三換熱器331繼續(xù)吸收變換氣中的熱能。

在本實(shí)施例中，變換氣經(jīng)第四換熱器降溫后進(jìn)入到氣液分離器334中，經(jīng)過分離，氣體經(jīng)管道302直接進(jìn)入氨合成工序；液體經(jīng)管道303進(jìn)入到氣提塔336，在氣提塔336內(nèi)，經(jīng)過氣提后的氣體經(jīng)管道304進(jìn)入下一工序，由氣提塔336下部排出的液體經(jīng)管道305回收利用，蒸汽由管道348進(jìn)入氣提塔內(nèi)。

在本實(shí)施例中，經(jīng)第四換熱器332加熱后的軟水由15-30℃升溫到95-105℃，經(jīng)過升溫后的軟水進(jìn)入除氧器進(jìn)行熱力除氧，除氧后的軟水經(jīng)第三換熱器升溫后，溫度達(dá)到130-180℃；然后進(jìn)入到蒸發(fā)汽包，生產(chǎn)1.0MPa的次低壓蒸汽。

本實(shí)施例中，變換反應(yīng)器只有兩個(gè)，為串聯(lián)的束管式變換反應(yīng)器和束管式水床復(fù)合絕熱床式反應(yīng)器，整個(gè)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)簡單，在整個(gè)反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度控制在距離330℃有一定的溫差，可以確保在CO的轉(zhuǎn)化過程中，杜絕甲烷化反應(yīng)的發(fā)生。

在本實(shí)施例中，束管式水床復(fù)合絕熱床式反應(yīng)器的出口變換氣中CO干基體積含量為0.06-0.08％，CO的轉(zhuǎn)換率較高，且在整個(gè)反應(yīng)過程中無甲烷化副反應(yīng)的發(fā)生，變換氣無需經(jīng)過洗滌，僅需要進(jìn)行降溫和氣液分離即可進(jìn)入合成氨工序。變換氣后續(xù)處理的簡單化，降低了CO₂凈化的費(fèi)用，也降低了合成氨的制造成本。