专利名称：：一种荒煤气放热反应过程的进料方法
技术领域：
：本发明涉及一种发生放热反应的荒煤气加工方法，基于荒煤气的原料气分为两路，第一路原料气预热升温后进入第一反应区与第一反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为第一反应区反应流出物，第二路原料气与第一反应区反应流出物进入后续反应区与后续反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为最终反应流出物，该方法未见报道。因此，本发明的第一目的在于提供一种荒煤气放热反应过程的进料方法；本发明的第二目的在于提供一种脱除荒煤气中氧气和或完成一氧化碳变换制氢的荒煤气加工方法。
发明内容—种荒煤气放热反应过程的进料方法，包括如下步骤基于荒煤气的原料气分为两路，第一路原料气预热升温后进入第一反应区与第一反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为第一反应区反应流出物，第二路原料气与第一反应区反应流出物进入后续反应区与后续反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为最终反应流出物。本发明特征进一步在于第一路原料气与最终反应流出物换热完成预热升温。当荒煤气中氧气组分含量高需要设置专用的脱氧催化剂床层时，脱氧催化剂床层分为两层或多层，本发明特征进一步在于第一反应区设置脱氧催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层。当荒煤气中氧气组分含量很低不需要设置专用的脱氧催化剂床层时，一氧化碳变换催化剂床层分为两层或多层，本发明特征进一步在于第一反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层。当荒煤气中氧气组分含量低而一氧化碳含量高时，可将脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层组合，本发明特征进一步在于第一反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层。本发明特征进一步在于后续反应区包括第二反应区、第三反应区，第二反应区反应流出物进入第三反应区与催化剂床层接触。本发明特征进一步在于各反应部分的操作条件为反应温度一般为130380°C、通常为160300°C，反应压力一般为0.33.0MPa(绝对)、通常为0.72.0MPa(绝对)。本发明特征进一步在于第二反应区反应流出物为脱氧反应产物，第二反应区反应流出物降低温度的过程包含注水汽化过程。本发明特征进一步在于各反应区温升最好不大于50°C。具体实施例方式本发明所述荒煤气，指的是适合于制造氢气的荒煤气，通常是指来自煤热解(干馏)过程或其它过程的由氢气、一氧化碳和其它组分(比如氧气)组成的气体物流。由于产生荒煤气的煤热解(干馏)等过程工艺条件在一定范围内变化，荒煤气的性质也在一定范围内变化。本发明所述荒煤气的气体组成通常含有氧气和或一氧化碳，氧气含量一般为01.5%(体积)、通常为0.20.9%(体积)、特别地为0.30.7%(体积)，一氧化碳含量一般为725%(体积)、通常为1020%(体积)、特别地为1017%(体积)。根据荒煤气组成、温度、压力条件，荒煤气成为管道1输送的原料气之前，可能经过脱除杂质(可能存在的焦油、萘、尘)、增加水蒸汽浓度(满足变换反应需要的水碳分子比)、压縮升压、升温等步骤的某一步骤或全部步骤。本发明所述反应过程，指的是发生放热的反应过程，包括脱除荒煤气中氧气和或完成一氧化碳变换制氢的反应过程。所述反应过程通常使用催化剂，可能使用脱氧催化剂和或一氧化碳变换催化剂。荒煤气按照本发明脱除荒煤气中氧气和或完成一氧化碳变换，得到的最终反应流出物通常经冷凝冷却脱水后用作变压吸附提纯氢气的原料气或化工合成原料气或燃料气等。以下详细描述本发明。本发明一种荒煤气放热反应过程的进料方法，包括如下步骤基于荒煤气的原料气分为两路，第一路原料气预热升温后进入第一反应区与第一反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为第一反应区反应流出物，第二路原料气与第一反应区反应流出物进入后续反应区与后续反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为最终反应流出物。本发明第一路原料气通常与最终反应流出物换热完成预热升温。当荒煤气中氧气组分含量高需要设置专用的脱氧催化剂床层时，脱氧催化剂床层分为两层或多层，本发明特征进一步在于第一反应区设置脱氧催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层。当荒煤气中氧气组分含量很低不需要设置专用的脱氧催化剂床层时，一氧化碳变换催化剂床层分为两层或多层，本发明特征进一步在于第一反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层。当荒煤气中氧气组分含量低而一氧化碳含量高时，可将脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层合并，本发明特征进一步在于第一反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层。根据需要，本发明后续反应区包括第二反应区、第三反应区等串联操作的反应区。当荒煤气加工过程需要先脱除氧气然后完成一氧化碳变换时，在本发明第一反应区和第二反应区设有脱氧催化剂床层，脱氧催化剂床层总数可以是两层或多层；同时本发明还设置第三反应区，第三反应区一氧化碳变换催化剂床层总数可以是两层或多层。第三反应区的第一变换催化剂床层入口温度可以采用向其进料气中注水发生蒸汽方式降温。本发明各反应部分的操作条件为反应温度一般为13038(TC、通常为160300°C，反应压力一般为0.33.0MPa(绝对)、通常为0.72.0MPa(绝对)。为了稳定操作，本发明各反应区温升最好不大于50°C。按照本发明，第一路原料气升温至反应起始温度后进入第一反应区催化剂床层，同时第二路原料气未经升温进入反应系统，即仅对部分原料气进行加热升温至反应起始温度。为了实施本发明，可以将原料气分为多路，第一部分原料气预热升温后进入第一反应区催化剂床层，其它部分原料气采用直接与不同的中间反应流出物混合方式利用反应热升温然后进入后续催化剂床层。本发明的优点在于①原料气分为两路或多路，第一部分原料气预热升温后进入第一反应区催化剂床层，其它部分原料气采用直接与中间反应流出物混合方式利用反应热升温然后进入催化剂床层，可以降低原料气预热负荷、降低压力降、简化流程、降低投资，特别是显著降低降低原料气换热器、开工用加热炉的规模和投资，因此本发明适合于发生放热反应的煤气加工过程，比如脱除荒煤气中氧气和或完成一氧化碳变换制氢的煤气加工过程；②采用多催化剂床层方案，可以降低单床层反应温升幅度，使催化剂床层温度分布更接近平均反应温度，利于提高催化剂效率；③采用多催化剂床层方案，当原料中氧含量和或一氧化碳含量波动时，可以降低温升波动绝对幅度，利于平稳操作；④对于脱氧和一氧化碳变换制氢的煤气加工过程，采用注水方式控制脱氧反应产物进入第一个一氧化碳变换催化剂床层的入口温度，可以直接利用反应热，增大一氧化碳变换催化剂床层必要的水碳比，利于提高变换转化率；⑤对于需要完成一氧化碳变换制氢的煤气加工过程，最后的床层间反应流出物的降温过程采用热水取热方法，热水循环至荒煤气增湿部分产生水蒸汽，提供一氧化碳变换催化剂床层必要的水碳比。实施例一以荒煤气A为原料气，增压至0.25MPa(绝对)后，采用本发明除氧，反应流出物冷凝冷却脱水后，作燃料气使用。61%的第二路原料气采用直接与中间反应流出物混合方式利用反应热升温然后进入第二催化剂床层，有降低原料气预热负荷、降低压力降、简化流程、降低投资、优化反应温度分布等优点。原料气开工电加热炉设计负荷532KW。如果考虑全部原料气加热，原料气开工电加热炉设计负荷1365KW。表2实施例一操作条件汇总表项目数值荒煤气流率，标立方米/时54000原料气流率，标立方米/时540006项目数值原料气温度，°c127第一路原料气流量，占原料气流量比例39%第一反应区(第一脱氧催化剂床层)入口温度，°c180第一反应区反应流出物温度，°c262第一反应区反应流出物与第一路原料气混合后进入第二反应区第二反应区(第二脱氧催化剂床层)入口温度，°c180第二反应区反应流出物温度，°c250第一路原料气升温方式与第二脱氧催化剂床层反应流出物换热，热负荷0.38MMkcal/h实施例二以荒煤气A为例，完成预期的脱氧反应和一氧化碳变换反应，生产变压吸附提纯氢气原料气。由于荒煤气A中通常含有焦油、萘等杂质，为了延长变换催化剂寿命、提高PSA变压吸附提氢吸附剂效率等目的，进入变换过程的反应器之前，将其中的萘焦油、萘等杂质脱出，脱杂质方法是PSA变压吸附法，再生气使用变压吸附提氢过程产生的解析气。荒煤气A经第一压縮机升压到0.3MPa(绝对)进入分液罐完成分液，气相进入预处理塔(两台)除去萘、焦油等组分，预处理后的荒煤气经第二压縮机升压(升压到l.OMPa(绝对))后进入变换部分。预处理部分由2台预处理塔组成，其中一台处于吸附脱油、脱萘状态、一台处于再生状态。来自第二压縮机的荒煤气，进入一级过滤器，除去夹带的油污等杂物后，然后进入增湿塔底部，与循环热水逆流接触完成水蒸发添加适量蒸汽，然后经二级过滤器除去夹带的液体水、油污等杂质后成为本发明所述原料气。实施例二荒煤气和原料气组成比较表见表3，原料气中水碳分子比约为1.7:1。实施例二操作条件汇总表见表4，设置2个脱氧催化剂床层、3个一氧化碳变换催化剂床层，一氧化碳总变换率为93%。原料气开工电加热炉设计负荷850KW。如果考虑全部原料气加热，原料气开工电加热炉设计负荷1808KW。表3实施例二荒煤气和原料气组成比较表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4实施例二操作条件汇总表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>项目数值第一反应区反应流出物与第一路原料气混合后进入第二反应区第二反应区(第二脱氧催化剂床层)入口温度，°c180第二反应区反应流出物温度，°c236第三反应区(第一变换催化剂床层)入口温度降温方式注入40。C水第三反应区入口温度，°c200第三反应区反应流出物温度，°c240第四反应区(第二变换催化剂床层)入口降温方式与增湿塔循环水换热第四反应区入口温度，°c200第四反应区反应流出物温度，°c240第五反应区(第三变换催化剂床层)入口降温方式与增湿塔循环水换热第五反应区入口温度，°c200第五反应区反应流出物温度，°c244第一路原料气升温方式与最终反应流出物最高温段换热，热负荷0.6腦kcal/h与增湿塔循环水换热的其它物流1与第三变换催化剂床层反应流出物的次高温度段换热与增湿塔循环水换热的其它物流2与两次降温后的第三变换催化剂床层反应流出物直接接触换热实施例三荒煤气B，完成预期的脱氧反应和一氧化碳变换反应，产品气冷凝脱水后送变压吸9附提纯氢气过程。荒煤气B经过类似实施例二的步骤成为变换原料气。实施例三荒煤气和原料气组成比较表见表5，原料气中水碳分子比约为1.7:1。实施例三的操作条件汇总表见表6，一氧化碳总变换率为93%。原料气开工电加热炉设计负荷1061KW。如果考虑全部原料气加热，原料气开工电加热炉设计负荷2188KW。因荒煤气中氧气组分含量低，将脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层合并，第一反应区和第二反应区各设置一个脱氧催化剂和一氧化碳变换制氢催化剂联合床层，第三反应区、第四反应区各设置一个一氧化碳变换制氢催化剂床层。表5实施例三荒煤气和原料气组成比较表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表6实施例三操作条件汇总表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求一种荒煤气放热反应过程的进料方法，包括如下步骤基于荒煤气的原料气分为两路，第一路原料气预热升温后进入第一反应区与第一反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为第一反应区反应流出物，第二路原料气与第一反应区反应流出物进入后续反应区与后续反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为最终反应流出物。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于第一路原料气与最终反应流出物换热完成D旦预热升温l升温。3.根据权利要求l所述方法，其特征在于第一反应区设置脱氧催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层。4.根据权利要求2所述方法，其特征在于第一反应区设置脱氧催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于第一反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层。6.根据权利要求2所述方法，其特征在于第一反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置一氧化碳变换制氢催化剂床层。7.根据权利要求1所述方法，其特征在于第一反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层。8.根据权利要求2所述方法，其特征在于第一反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层，第二反应区设置脱氧催化剂床层和一氧化碳变换制氢催化剂床层。9.根据权利要求1所述方法，其特征在于后续反应区包括第二反应区、第三反应区，第二反应区反应流出物进入第三反应区与催化剂床层接触。10.根据权利要求2所述方法，其特征在于后续反应区包括第二反应区、第三反应区，第二反应区反应流出物进入第三反应区与催化剂床层接触。11.根据权利要求l或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述方法，其特征在于各反应部分的操作条件为反应温度为13038(TC、反应压力为0.33.OMPa(绝对)。12.根据权利要求ll所述方法，其特征在于各反应部分的操作条件为反应温度为16030(TC、反应压力为0.72.OMPa(绝对)。13.根据权利要求9或10所述方法，其特征在于第二反应区反应流出物为脱氧反应产物，第二反应区反应流出物降低温度的过程包含注水汽化过程。14.根据权利要求l或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述方法，其特征在于各反应区温升不大于5(TC。15.根据权利要求11所述方法，其特征在于各反应区温升不大于5(TC。16.根据权利要求12所述方法，其特征在于各反应区温升不大于50°C。全文摘要本发明涉及一种荒煤气放热反应过程的进料方法，基于荒煤气的原料气分为两路，第一路原料气预热升温后进入第一反应区与第一反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为第一反应区反应流出物，第二路原料气与第一反应区反应流出物进入后续反应区与后续反应区催化剂床层接触完成预期反应转化为最终反应流出物。本发明有简化流程、优化反应温度分布、对原料气反应组分含量波动适应性强、反应热利用率高等优点，特别适合于脱除氧气和或完成一氧化碳变换制氢的荒煤气加工过程。文档编号C10K3/04GK101712892SQ20091020584公开日2010年5月26日申请日期2009年10月9日优先权日2009年10月9日发明者何巨堂申请人:何巨堂