一種高CO高變換率等溫變換反應器及其工藝:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》是湖南安淳高新技術有限公司於2013年8月20日申請的專利，該專利的申請號為2013103640452，公布號為CN103435006A，授權公布日為2013年12月11日，發明人是謝定中。

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》公開了一種高CO高變換率等溫變換反應器及其工藝。所述等溫變換反應器包括外殼、內腔、焊有水管的上管板和下管板，底部三通；所述外殼的上下兩端均具有封頭，所述內腔上部設有水室和汽室；所述內腔中部設有上催化劑床，該內腔下部設有下催化劑床，上催化劑床布有水管，下催化劑床無水管，所述內腔設有中心管，該中心管的上部位於上催化劑床內，該中心管的下部位於下催化劑床內；所述底部三通具有未反應氣入口、變換氣出口和汽水混合物入口；所述中心管內套裝有汽水混合物噴管，所述反應器配置不同CO%未反應氣及變換氣中不同CO%不同的工藝流程，該發明可以實現低溫、高CO、高變換率，且系統阻力小。

2018年12月20日，《一種高CO高變換率等溫變換反應器》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種高CO高變換率等溫變換反應器》摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種高CO高變換率等溫變換反應器
公布號：CN103435006A
授權日：2013年12月11日
申請號：2013103640452
申請日：2013年8月20日
申請人：湖南安淳高新技術有限公司
地址：湖南省長沙市嶽麓區高新技術產業開發區麓楓路65號
發明人：謝定中
Int.Cl.：C01B3/16(2006.01)I
代理機構：長沙正奇專利事務所有限責任公司
代理人：馬強、李發軍
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

煤氣、天然氣轉化氣、焦爐氣轉化氣、電石爐尾氣、高爐煤氣等，這些氣體均含有大量的CO，例如電石尾氣含有CO為80％，煤氣中CO含量為30％～68％（隨煤氣化方法不同而有異），CO可變換為很有用的H₂，其變換的反應式為：CO+H₂O（汽）＝CO₂+H₂+Q

變換反應為放熱可逆反應，必須有催化劑和過量的H₂O（水蒸氣）按反應式過量，才能使反應向生成H₂方向進行。

催化劑為鈷、鉬變換催化劑，其活性成分為MoS。變換催化劑的使用溫度範圍為230℃～470℃。

MoS₂+2H₂O＝MoO₂+2H₂S

由反應式可知，CO變換是放熱反應，放出的熱量會使反應氣體升溫，催化劑同步在該溫度下反應。每反應1％CO（濕基），溫升9℃～10℃（乾基升高5℃～6℃）；煤氣中CO含量越高，而反應後變換氣CO含量越低，即變換CO越多，溫升越高。

例如：煤氣中CO65％（乾基），水氣比R＝1.15，變換後CO8.6％（乾基），按：

CO+H₂O＝CO₂+H₂+Q

65 1154.3 23.7

計算反應掉一氧化碳△CO；（65-△CO）/（100+△CO）＝0.086

△CO＝52

反應後反應熱：9590摩爾熱，

放出熱：52×9590＝498680大卡/小時，

Cp：9.01千卡/千卡摩爾℃，

反應後物料：215千摩爾/小時，

498680-＝215×9.01×△t，

△t＝257.43

若反應前溫度245℃，則反應後溫度為：257.43+245＝502.43℃；

此溫度高於催化劑使用最高溫度，會嚴重影響催化劑的活性。當未反應氣CO很高，如45％至80％，一進入反應器，大量CO立即反應，溫度猛升，特別是未反應氣自身帶有大量水蒸汽時，更促進了反應，發生所謂飛溫現象。如何控制反應過程的溫度，使之不超過催化劑允許的最高使用溫度，是一打難題；CO變換的另一個難題是高變換率，變換接近終點，即越接近平衡，推動力越小，變換難度越大。如CO變換率已達90％，（變換氣CO降至1.5％）如再多變換1％（變換氣CO降至0.5％），需要增加一終端變換爐，其催化量為總量40％。有些未反應氣自身不帶水蒸汽，如工業爐氣、半水煤氣等，最終變換率越高，加入過量蒸汽越多，汽耗越大。

2013年8月之前解決上述問題的原則辦法是：采多爐多段絕熱反應。如如圖1所示，煤氣預熱到催化劑起始反應溫度，補加一定量蒸汽，達到一定氣汽比，進行第一次變換反應，CO變換一部分，氣體中CO降低到一定程度，溫度升高（不超過催化劑允許最高溫度），將反應氣冷卻，溫度降低（比催化劑允許最低溫度稍高，保證蒸汽不冷凝，催化劑活性較高）；進行第二次反應，CO又降低，溫度又升高（同前，不超過催化劑允許最高溫度），再冷卻（冷卻溫度如前原則）；再進行第三次變換反應，達到最終需要的CO含量。

如煤氣含CO68.65％，水氣比1.45、溫度211℃，經水汽分離器E-1分離出水分，經氣氣換熱器E-2加熱至296℃，並聯進入脫毒槽E-3、預變爐E-4和脫毒槽E-5、預變爐E-6，CO降至35％，溫度升至380℃，經熱交換器E-2、中壓蒸發冷凝器E-7降溫，進入第三個變換爐E-8反應，CO降至6.7％，溫度上升至434℃經噴水淨化器E-9、中壓蒸發冷凝器降溫E-10，經冷凝水加熱器E-11，進入第四個變換爐E-12反應，CO降至1％，溫升到260℃，經低壓蒸發冷凝器E-13，降溫至185℃再進入第五個變換爐E-14反應，CO降至0.4％，溫度上升至204℃，再經鍋爐給水加熱器E-15，低壓蒸發冷凝器E-16汽水分離器E-17離開界區。

上述2013年8月之前技術存在如下幾個問題：

1、含CO68.65％煤氣，變換氣用於制氨或制氫，其變換氣CO降至～0.4％變換率要求很高，99％以上需四段五個變換爐，需變換反應器太多，其間有一個氣氣換熱器，6個冷卻冷凝器，一個噴水降溫器；至少需要17台主要設備，由此設備太多，連線管道太多；占地面積大，投資多，操作難度大；

2、如果未變換氣體中CO高達70％～86％，設備更多，連線管道更長，即使用四至五段絕熱變換也無法實現變換；

3、總量85％的CO在380℃～430℃下反應掉，高溫使反應催化劑易老化，影響使用壽命，高溫反應設備管道受熱應力大，材質要求高；

4、大部分催化劑溫度達400℃，高溫反應不利於化學平衡，達到同樣變換率需要催化劑多；

5、反應熱蒸汽冷凝熱用於產生低壓（如0.6兆帕～2.5兆帕）蒸汽，且還有大量冷凝水排出，利用率低；

6、其中E-9採用冷水直接向反應熱氣噴淋汽化降溫，帶水霧的濕氣體可能使催化劑結塊或粉化，影響活性，縮短使用壽命。

發明內容

專利目的

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》旨在提供一種高CO高變換率等溫變換反應器，該反應器可以實現CO的高變換率，且系統阻力小。

技術方案

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》所採用的技術方案是：

一種高CO高變換率等溫變換反應器，包括具有內腔的外殼，位於外殼內腔上部的上管板和下管板，位於外殼內腔底部的三通；所述外殼的上下兩端均具有封頭，該外殼的上封頭與所述上管板之間的腔體為水室，上管板與下管板之間的腔體為汽室；其結構特點是，所述水室通過水管與設在外殼上方的汽包連通，該汽包通過管道與所述汽室連通；所述外殼內腔中部設有上催化劑床，該外殼內腔下部設有下催化劑床，所述上催化劑床與殼體內壁之間具有環隙，所述上催化劑床與下催化劑床之間設有支承封頭，所述外殼內腔設有中心管，該中心管的上部位於上催化劑床內，該中心管的下部位於下催化劑床內；所述底部三通具有未反應氣入口、變換氣出口和汽水混合物入口；所述上催化劑床通過環隙與所述未反應氣入口連通，所述下催化劑床與所述變換氣出口連通；所述中心管內裝有汽水混合物噴管，該汽水混合物噴管與所述汽水混合物入口連通。

以下為《一種高CO高變換率等溫變換反應器》的進一步改進的技術方案：

進一步地，為了對催化劑床進行溫度控制，所述上催化劑床內設有多根豎向布置的水汽管。

所述水汽管有兩種：雙套水汽管，U形水汽管。所述水汽管中的一部分水汽管為雙套水汽管，該雙套水汽管包括內管和通過支撐套裝在內管上的外管；底部封閉的所述外管的底端裝有彈性元件，所述內管的底部與所述外管底部連通，該內管的上端伸出所述外管並與所述水室連通，該外管的上端與所述汽室連通。所述水汽管中的一部分水汽管為U形水汽管，該U形水汽管的左右兩邊管不等長，該U形水汽管的長邊管與所述水室連通，該U形水汽管的短邊管與所述汽室連通。

更進一步地，與所述水室連通的水汽管為雙套水汽管，該雙套水汽管包括內管和通過支承套裝在內管上的外管；底部封閉的所述外管的底端裝有彈性元件，所述內管的底部與所述外管底部連通。

為了便於實現催化劑的更換，所述上催化劑床頂部設有裝料管，該上催化劑床的底部設有上卸料管；所述下催化劑床通過連通環孔與所述上催化劑床連通，該下催化劑床的底部設有下卸料管。

進一步地，所述上催化劑床的裝填量占總裝填量的48％-60％；所述下催化劑床的裝填量占總裝填量的40％-52％。

作為一種具體的優選實例，所述支撐的外形呈B形，所述彈性元件為彈簧。

為了保證氣體實現噴射的效果，所述上催化劑床的外壁、下催化床的外壁以及中心管上均設有喇叭狀通氣小孔。

進一步地，《一種高CO高變換率等溫變換反應器》的第二個發明目的是提供了一種利用上述高CO高變換率等溫變換反應器進行煤氣變換的工藝，該工藝包括如下步驟：

1）將含體積濃度為40％～70％的CO的煤氣依次經過第一水分離器、熱交換器、淨化除毒器之後，送入上述高CO高變換率等溫變換反應器的未變換氣入口；其中，煤氣進入淨化除毒器的溫度為230℃～240℃，煤氣進入等溫變換反應器的溫度為255℃～265℃；

2）未變換氣在等溫變換反應器內反應，上催化劑床和下催化劑床內的溫度為260℃～275℃，反應完畢後，變換氣中CO的體積濃度為0.4％～0.7％；

3）變換氣從變換氣出口依次進入熱交換器、第一餘熱鍋爐、第二餘熱鍋爐、第二水分離器、鍋爐給水加熱器、冷卻器、第三水分離器後送出界區；其中變換氣進入熱交換器的溫度為255～265℃，變換氣進入第二水分離器的溫度為170℃～190℃，變換氣進入冷卻器的溫度為75℃～80℃，變換氣進入第三水分離器的溫度為35℃～50℃。

進一步地，加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，第一餘熱鍋爐、第二餘熱鍋爐和汽包產生的壓力飽和蒸汽分別送往相應的蒸汽管網。

由此，加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環和餘熱鍋爐的補充水，產生的三種壓力飽和蒸汽分別送往相應的蒸汽管網。

進一步地，《一種高CO高變換率等溫變換反應器》第三個發明目的是提供一種利用上述高CO高變換率等溫變換反應器進行工業爐氣變換的工藝，該工藝包括如下步驟：

1）將含體積濃度為45％～85％的CO的工業爐氣依次經過洗滌塔、第四水分離器、過濾器後經氣體壓縮機壓縮進入除油器，除油後進熱交換器中，從熱交換器中出來的氣體依次進入淨化除毒器、進加氫轉化器後，送入上述高CO高變換率等溫變換反應器內；工業爐氣進入淨化除毒器的溫度為200℃～225℃，工業爐氣進入等溫變換反應器的溫度為225℃～250℃；

2）工業爐氣在等溫變換反應器內反應，上催化劑床和下催化劑床內的溫度為235℃～260℃，反應完畢後，變換氣從變換氣出口進入蒸汽乾燥器內將自產飽和蒸汽乾燥；

3）從蒸汽乾燥器出來的變換氣依次通過熱交換器、鍋爐脫鹽水加熱器、除氧水加熱器、冷卻器、第五水分離器後送出界區；

其中進入熱交換器的變換氣溫度為230℃～255℃，進入冷卻器的變換氣溫度為75℃～80℃，進入第三水分離器的變換氣溫度為35℃～50℃。

進一步地，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包，自產飽和蒸汽經乾燥後，返回等溫變換反應器參與變換反應，在所述變換反應器底部補入處於飽和狀態的汽水混合物。

由此，加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環的補充水，產生中壓蒸汽做本變換系統需加入的反應蒸汽。另在由變換爐底部補入處於飽和狀態的汽水混合物，以提高反應末端化學平衡度，提高最終轉化率。

進一步地，《一種高CO高變換率等溫變換反應器》第四個發明目的是提供一種利用上述高CO高變換率等溫變換反應器進行半水煤氣變換的工藝，該工藝包括如下步驟：

1）將含體積濃度為25％～38％的CO的半水煤氣經過過濾器、後進入熱交換器中，從熱交換器中出來的氣體進入淨化除毒器，後送入上述高CO高變換率等溫變換反應器內；其中，進入淨化除毒器的半水煤氣溫度為210℃～230℃，進入等溫變換反應器的半水煤氣溫度為230℃～250℃；

2）半水煤氣在等溫變換反應器內反應，上催化劑床和下催化劑床內的溫度為235℃～260℃，反應完畢後，變換氣從變換氣出口進入蒸汽乾燥器內將自產飽和蒸汽乾燥；

3）從蒸汽乾燥器出來的變換氣依次通過熱交換器、鍋爐給水加熱器、脫鹽水加熱器、冷卻器、第六水分離器後送出界區；其中進入熱交換器的變換氣溫度為230℃～255℃，進入冷卻器的變換氣溫度為75℃～80℃，進入第六水分離器的變換氣溫度為35℃～50℃。

由此，《一種高CO高變換率等溫變換反應器》用於工業爐尾氣、工業煤氣中CO（體積濃度40％～85％），與水蒸汽反應變成氫，且變換率高達98％以上。90％～95％的CO在上催化床完成反應。反應溫度恆定在低溫活性範圍，不同待變換未反應氣配置不同工藝流程，制定兩種典型工藝流程：高CO高水汽比、中高壓變換；高CO低水汽比、低壓變換；以及低水汽比高變換率。《一種高CO高變換率等溫變換反應器》優點用一台變換爐和相應簡單流程、簡單容易的操作，實現CO含量高變換率。反應熱副產中壓蒸汽，多餘蒸汽凝熱產生低壓蒸汽熱效率高冷卻水量少、催化劑壽命長，變換爐及系統阻力小。

有益效果

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》的有益效果是：

1、《一種高CO高變換率等溫變換反應器》技術核心是眾多水管埋於催化床中，催化反應放出熱被水管內水吸收汽化為蒸汽維持床層溫度。其特點水汽化熱很大，所有反應熱都能隨即吸收，保證床層溫度恆定，杜絕飛溫現象，保催化劑長周期高效運行；反應溫度低，平衡溫距大，反應推動力大，催化劑效率高，催化劑量少，生產能力大；

2、未反應氣體中CO可高達80％以上，變換氣中CO可降至0.4％.對純氧水蒸汽與煤製得的煤氣，水汽比1.1～1.6，用一個反應器實現了高CO、高變換率、高水氣比的複雜變換過程。反應器少，流程短；

3、由於上述優點，只需控制汽包壓力，就操控了反應全過程，反應溫度恆定、變換氣CO恆定；由於上述反應器少、流程短，使變換界區占地面積小；

4、變換反應器為低溫等溫反應，其溫度在催化劑活性範圍內的低端（230℃～310），反應床層軸向徑最大溫差3℃～8℃內。使催化劑使用壽命長。無需耐高溫材料製作反應器；

5、反應熱全部用於產生3.9兆帕中壓蒸汽並能充分利用高水氣比煤氣身帶來大量水蒸汽，參與變換反應，（2013年8月之前工藝要先冷凝煤氣中蒸汽，經第一段反應後，又要補加蒸汽和噴水增濕）。產生較餘下蒸汽冷凝熱產生1.2兆帕和0.6兆帕蒸汽，降溫冷卻水量少。高水氣比煤氣變換流程中，中低壓蒸汽可外供，在工業爐尾氣CO變換流程中作為反應需要的蒸汽，使外供蒸汽大為減少。具有很好節能效果；

6、《一種高CO高變換率等溫變換反應器》反應溫度低，汽氣比小，除恆溫等溫低溫變換爐外，淨化爐、終變爐均設為徑向結構，反應器阻力只≤0.05兆帕，系統阻力≤0.2兆帕；

7、高徑比大，單爐能力大，易大型化；例如日產1500噸合成氨，煤氣CO為64％，變換氣CO為0.8％，一台內徑Φ4000淨高17M等溫變換反應器即可。

附圖說明

圖1是2013年8月之前高CO煤氣變換工藝流程圖；

圖2是《一種高CO高變換率等溫變換反應器》所述雙套管的結構示意圖；

圖3是《一種高CO高變換率等溫變換反應器》一種實施例的結構原理圖；

圖4是《一種高CO高變換率等溫變換反應器》高CO變換變換流程圖；

圖5是《一種高CO高變換率等溫變換反應器》工業爐尾氣高CO變換流程；

圖6是《一種高CO高變換率等溫變換反應器》半水煤氣變換流程圖。

技術領域

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》涉及合成氨、甲醇合成、制乙二醇、煤制油、煤制天然氣、制氫及工業爐廢氣利用領域，尤其涉及一種高CO高變換率反應器及工藝流程，涉及工業爐尾氣、工業煤氣中CO（最高85％以上）與水蒸汽反應變成氫，實現高變換率（最高至98.5％以上）的變換反應器和工藝。

權利要求

1.一種高CO高變換率等溫變換反應器，包括具有內腔的外殼（6），位於外殼（6）內腔上部的上管板（2）和下管板（4），位於外殼（6）內腔底部的三通（16）；所述外殼（6）的上下兩端均具有封頭，該外殼（6）的上封頭與所述上管板（2）之間的腔體為水室，上管板（2）與下管板（4）之間的腔體為汽室；其特徵是，所述水室通過水管與設在外殼（6）上方的汽包（1）連通，該汽包（1）通過管道與所述汽室連通；所述外殼（6）內腔中部設有上催化劑床（7），該外殼（6）內腔下部設有下催化劑床（13），所述上催化劑床（7）與外殼（6）內壁之間具有環隙，所述上催化劑床（7）與下催化劑床（13）之間設有支承封頭（11），所述外殼（6）內腔設有中心管（8），該中心管（8）的上部位於上催化劑床（7）內，該中心管（8）的下部位於下催化劑床（13）內；所述底部三通具有未反應氣入口、變換氣出口和汽水混合物入口；所述上催化劑床（7）通過環隙與所述未反應氣入口連通，所述下催化劑床（13）與所述變換氣出口連通；所述中心管（8）內裝有汽水混合物噴管（12），該汽水混合物噴管（12）與所述汽水混合物入口連通。

2.根據權利要求1所述的高CO高變換率等溫變換反應器，其特徵是，所述上催化劑床（7）內設有多根豎向布置的水汽管（5，9）。

3.根據權利要求2所述的高CO高變換率等溫變換反應器，其特徵是，所述水汽管（5，9）中的一部分水汽管為雙套水汽管，該雙套水汽管包括內管（17）和通過支撐（19）套裝在內管（17）上的外管（18）；底部封閉的所述外管（18）的底端裝有彈性元件（20），所述內管（17）的底部與所述外管（18）底部連通，該內管（17）的上端伸出所述外管（18）並與所述水室連通，該外管（18）的上端與所述汽室連通。

4.根據權利要求2或3所述的高CO高變換率等溫變換反應器，其特徵是，所述水汽管（5，9）中的一部分水汽管為U形水汽管，該U形水汽管的左右兩邊管不等長，該U形水汽管的長邊管與所述水室連通，該U形水汽管的短邊管與所述汽室連通。

5.根據權利要求1或2所述的高CO高變換率等溫變換反應器，其特徵是，所述上催化劑床（7）頂部設有裝料管（3），該上催化劑床（7）的底部設有上卸料管（14）；所述下催化劑床（13）通過連通環孔與所述上催化劑床（7）連通，該下催化劑床（13）的底部設有下卸料管（15）。

6.根據權利要求1或2所述的高CO高變換率等溫變換反應器，其特徵是，所述上催化劑床（7）的裝填量占總裝填量的48%-60%；所述下催化劑床（13）的裝填量占總裝填量的40%-52%。

7.根據權利要求3所述的高CO高變換率等溫變換反應器，其特徵是，所述支撐（19）的外形呈B形，所述彈性元件（20）為彈簧。

8.根據權利要求1或2所述的高CO高變換率等溫變換反應器，其特徵是，所述上催化劑床（7）的外壁、下催化床的外壁以及中心管（8）上均設有喇叭狀通氣小孔。

9.一種利用權利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應器進行煤氣變換的工藝，其特徵是，包括如下步驟：

1）將含體積濃度為40%～75%的CO的煤氣依次經過第一水分離器（E-41）、熱交換器（E-42）、淨化除毒器（E-43、E-44）之後，送入權利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應器（E-45）的未變換氣入口；煤氣進入淨化除毒器（E-43、E-44）的溫度為230℃～240℃，煤氣進入等溫變換反應器（E-45）的溫度為255℃～265℃；

2）未變換氣在等溫變換反應器（E-45）內反應，上催化劑床（7）和下催化劑床（13）內的溫度為260℃～275℃，反應完畢後，變換氣中CO的體積濃度為0.4%～0.7%；

3）變換氣從變換氣出口依次進入熱交換器（E-42）、第一餘熱鍋爐（E-46）、第二餘熱鍋爐（E-47）、第二水分離器（E-48）、鍋爐給水加熱器（E-49）、冷卻器（E-410）、第三水分離器（E-411）後送出界區；其中變換氣進入熱交換器（E-42）的溫度為255～265℃，變換氣進入第二水分離器（E-48）的溫度為170℃~190℃，變換氣進入冷卻器（E-410）的溫度為75℃～80℃，變換氣進入第三水分離器（E-411）的溫度為35℃～50℃。

10.根據權利要求9所述的進行煤氣變換的工藝，其特徵是，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包（1），第一餘熱鍋爐（E-46）、第二餘熱鍋爐（E-47）和汽包（1）產生的三種壓力飽和蒸汽分別送往相應的蒸汽管網。

11.一種利用權利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應器進行工業爐氣變換的工藝，其特徵是，包括如下步驟：

1）將含體積濃度為45%～85%的CO的工業爐氣依次經過洗滌塔（E-51）、第四水分離器（E-52）、過濾器（E-53、E-54）後經氣體壓縮機（E-55）壓縮進入除油器（E-516），除油後進熱交換器（E-510）中，從熱交換器（E-510）中出來的氣體依次進入淨化除毒器（E-56，E-57）、進加氫轉化器（E-517）後，送入權利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應器（E-58）內；工業爐氣進入淨化除毒器（E-56，E-57）的溫度為200℃～225℃，工業爐氣進入等溫變換反應器（E-58）的溫度為225℃～250℃；

2）工業爐氣在等溫變換反應器（E-58）內反應，上催化劑床（7）和下催化劑床（13）內的溫度為235℃～260℃，反應完畢後，變換氣從變換氣出口進入蒸汽乾燥器（E-59）內將自產飽和蒸汽乾燥；

3）從蒸汽乾燥器（E-59）出來的變換氣依次通過熱交換器（E-510）、鍋爐脫鹽水加熱器（E-511）、除氧水加熱器（E-512）、冷卻器（E-513）、第五水分離器（E-514）後送出界區；其中變換氣進入熱交換器（E-510）的溫度為230℃~255℃，變換氣進入冷卻器（E-513）的溫度為75℃～80℃，變換氣進入第三水分離器（E-514）的溫度為35℃～50℃。

12.根據權利要求11所述的進行工業爐氣變換的工藝，其特徵是，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包（1），自產飽和蒸汽經乾燥後，返回等溫變換反應器（E-58）參與變換反應，在所述變換反應器（E-58）底部補入處於飽和狀態的汽水混合物。

13.一種利用權利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應器進行半水煤氣變換的工藝，其特徵是，包括如下步驟：

1）將含體積濃度為25%～38%的CO的半水煤氣經過過濾器（E-61、E-62）後進入熱交換器（E-67）中，從熱交換器（E-67）中出來的氣體進入淨化除毒器（E-63，E-64）後送入權利要求1-8之一所述高CO高變換率等溫變換反應器（E-65）內；其中，進入淨化除毒器（E-63，E-64）的半水煤氣溫度為210℃～230℃，進入等溫變換反應器（E-65）的半水煤氣溫度為230℃～250℃；

2）半水煤氣在等溫變換反應器（E-65）內反應，上催化劑床（7）和下催化劑床（13）內的溫度為235℃～260℃，反應完畢後，變換氣從變換氣出口進入蒸汽乾燥器（E-66）內將自產飽和蒸汽乾燥；

3）從蒸汽乾燥器（E-66）出來的變換氣依次通過熱交換器（E-67）、鍋爐給水加熱器（E-68）、脫鹽水加熱器（E-69）、冷卻器（E-610）、第六水分離器（E-611）後送出界區；其中變換氣進入熱交換器（E-67）的溫度為230℃~255℃，變換氣進入冷卻器（E-610）的溫度為75℃～80℃，變換氣進入第六水分離器（E-611）的溫度為35℃～50℃。

14.根據權利要求13所述的進行半水煤氣變換的工藝，其特徵是，加熱的鍋爐脫鹽水送入汽包（1），自產飽和蒸汽經乾燥後，返回等溫變換反應器（E-65）參與變換反應，在所述變換反應器（E-65）底部補入處於飽和狀態的汽水混合物。

實施方式

實施例1

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》的未反應氣體中CO可高達85％以上，變換氣中CO可降至0.4％。變換反應器催化劑是以MOS、COS為活性組成的耐硫鈷鉬型催化劑，《一種高CO高變換率等溫變換反應器》在催化床層溫度，只要高於露點溫度30℃～40℃，處活性溫度低端範圍內（230℃～310℃），反應床層軸徑向最大溫差只3℃～8℃內。

等溫變換反應器5整體為圓筒形，如圖3所示，由上管板2，裝料管3，下管板4，雙套水汽管5，外殼6，上徑向催化床7，中心管8，U形水汽管9，環形連通孔10，支承封頭11，汽水混合物噴管12，下徑向催化床13，上卸料管14，下卸料管15，密封填料16，底部三通以及體外汽包1組合構成。

上徑向催化床7有眾多汽水管5、9；下徑向催化床13無水管。催化床之上的兩塊管板2、4將上部分為汽室和水室，分別通過上升汽管和下降水管與汽包1連通。

上、下催化床都為徑向催化床，稱為全徑向反應床。上床層氣體從外周邊向中心流，下床層氣體從中心往外周邊流。徑向催化床外圈筒體和中心管上都有喇叭形小孔，以保證氣體成噴射流狀進床層，均勻分布於床層各點，徑向流結構使氣體流動阻力大為降低。

剛進入徑向催化床的未反應氣CO高，水氣比高，推動力大，反應速度快，體積濃度為60％的CO是在上徑向催化床7周邊圓環內變換為H₂和CO₂，此圓環內水管的圓面積小，管密度較大；中間圓內水管，圓面積大，管密度較小。

所述水汽管有兩種：外周環圈是雙套管5，往內是U形管9，雙套管外管18下端封閉，上端焊在下管板上。內管17插在外管18內，下端未封閉，與外管18下端保持一段距離，上端焊在上管板上。U形管9一邊較長，其管口焊在上管板2上，較短一邊管口焊在下管板4上。雙套管排布密度可大些，但內管只起導流作用，無傳熱功能，反而增加了設備重量和成本；U形管的優缺點與之相反。

如圖3所示，雙套管內外管17，18間有彈性“B”形支撐19，以防止內管17擺振，支撐在內管17上錯開排布；外管18下端有錐形小彈簧20，使雙套管伸縮有彈性。

含CO煤氣由下部三通進入，由沿環隙下而上，經上徑向催化床7筒體小孔，徑向經催化床反應，CO降至3％～5％，進入中心管8，由上而下至下段流去中心管，至下徑向催化床13反應。徑向流向周邊，CO降至0.4％～1％，穿過下徑向催化床筒體小孔，完成反應。由底部三通16出反應器。

汽包1下降的水進水室，經分別流入U形管9長邊管和雙套管5內管。進入內管內的水由上而下至底部，折向到外套管，由下而上吸收管外反應熱，水相變為汽水混合物，上升至汽包1。進入U形管9長邊的水，由上而下至底部並吸收管外反應熱使水部分汽化，汽水混合物折向到U形管9短邊，由下而上，繼續吸收管外反應熱，更多水變為汽水混合物，上升至汽包。汽水混合物在汽包1中分離，蒸汽外送，水下降，完成一個水汽循環。

上徑向催化床7裝填量占總量48％～60％，下徑向催化床裝填量占總量40％～52％，

在上下管板間的裝料（催化劑）管，其數量為水管總數8％～12％，中間有較大的管子，從此裝料管加入的催化劑，通過封頭中間的環形連通孔10穿過，可達下徑向催化床。

當催化劑需更換時，應將反應器內廢舊催化劑卸出。上卸料（催化劑）管是卸上徑向催化床催化劑，對稱兩根裝於靠筒體周邊；下卸料管是卸下徑向催化床催化劑，對稱兩根。卸料管下連線埠用高壓盲板封閉，防止正常運行時，催化劑落下。

實施例2

如圖4所示，與《一種高CO高變換率等溫變換反應器》的等溫變換反應器相配的CO體積濃度為40％～70％，水氣比1.3～1.6的煤氣變換工藝流程，其由第一水分離器E-41，熱交換器E-42，淨化除毒器E-43、E-44，等溫變換反應器E-45，第一餘熱鍋爐E-46，第二餘熱鍋爐E-47，第二水分離器E-48，鍋爐給水加熱器E-49，水冷器E-410，第三水分離器E-411組成。工作時，含CO的煤經第一水分離器E-41，進入熱交換器E-42，未反應氣被加熱至230℃～240℃，進入淨化除毒器E-43，E-44，氣體中氯、磷、氧、烴在此處被清除，也有少量CO被轉化，氣體溫度升至255℃～265℃後，進入等溫變換反應器E-45，由變換爐下部三通進入，在爐內催化劑床進行變換反應，催化劑床層溫度260℃～275℃，反應後，變換氣CO體積濃度為0.7％左右，從下部三通出爐，熱變換氣經熱交換器E-42，經第一餘熱鍋爐E-46，產生1.2兆帕蒸汽，變換氣經第二餘熱鍋爐E-47，產生0.6兆帕蒸汽，三種壓力自產飽和蒸汽外送相應壓力級管網，變換氣溫度降至255～265℃，經第二水分離器E-48，變換氣溫度下降至180℃左右，多餘蒸汽冷凝，其顯熱、冷凝熱等餘熱分別產生1.3兆帕和0.6兆帕蒸汽，經鍋爐給水加熱器E-49先後將鍋爐脫鹽水、（去）除氧水加熱，溫度降至75℃～80℃後，再經水冷器E-410用循環冷水冷卻至40℃，變換氣蒸汽大量冷凝，經第一第三水分離器E-411，將冷凝水分離，變換氣送出界區。

加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環的補充水，和低壓蒸發生器給水，產生蒸汽外送。

實施例3

如圖5所示，與《一種高CO高變換率等溫變換反應器》的等溫變換反應器相配的CO50％～85％工業爐氣（如乙炔爐氣、煉鋼轉爐、黃磷爐氣）變換工藝流程。

工業爐氣特點是C0％含量高（40％～85％），基本上沒帶水蒸汽，基本不含硫，但粉塵含量多，氧含量較多，乙炔爐氣還含不飽和烴。

如圖5所示，用等溫變換工藝相配流程由E-51洗滌塔、E-52水分離器、並聯的過濾器E-53、E-54、壓縮機E-55、除油器E-516、淨化除毒器E-56、E-57、加氫轉化器E-517、等溫變換反應器E-58、蒸汽乾燥器E-59、熱交換器E-510，鍋爐脫鹽水加熱器E-511、除氧水加熱器E-512、風冷器E-513、第五水分離器E-514、汽包E-515組成。

工業爐氣進入洗滌塔E-51，將粉塵用循環水洗滌，經第四水分離器E-52將氣體帶水分離，再經兩個並聯的過濾器E-53，E-54（一個過濾另一個清理），將粉塵清除至～0.1毫克，經氣體壓縮機E-55壓縮至1.8兆帕～2.3兆帕進入熱交換器E-510，未反應氣被加熱至200℃～225℃，進入並聯的淨化除毒器E-56，E-57，氣體中氯、磷、氧、烴在此清除，也有少量CO被轉化，氣體溫度升至2250℃～250℃，進入加氫轉化器E-517，經加氫轉化後，由下部三通進入等溫變換反應器E-58，在爐內催化劑床進行變換反應，催化劑床層溫度235℃～260℃，反應後，變換氣CO降至0.7％左右，達到變換工藝要求，從下部三通出爐，熱變換氣經蒸汽乾燥器E-59，將自產飽和蒸汽乾燥，溫度降至230℃～255℃左右，變換氣經熱交換器E-510加熱壓縮後氣體，經鍋爐脫鹽水加熱器E-511，先後將鍋爐脫鹽水加熱、經除氧水加熱器E-512預熱（去）除氧水，溫度降至75℃～80℃，經風冷器E-513，用風冷（或循環冷水）冷卻至40℃，變換氣蒸汽大量冷凝，經第五水分離器E-514，將冷凝水分離，變換氣送出界區。

加熱的鍋爐脫鹽水送汽包，作為變換爐水汽循環的補充水，產生中壓蒸汽做本變換系統需加入的反應蒸汽。另在由變換爐底部補入處於飽和狀態的汽水混合物，以提高反應末端化學平衡度，提高最終轉化率。

實施例4

如圖6所示，與《一種高CO高變換率等溫變換反應器》的等溫變換反應器相配的約CO30％～CO38％半水煤氣變換工藝流程，半水煤氣CO雖不高，但制合成氨時，要求變換氣CO很低，為0.4％～0.6％，且煤氣含塵、含油、含氧、含氯，不帶水蒸汽，《一種高CO高變換率等溫變換反應器》相配流程是經兩個並聯的過濾器E-61、E-62（一個過濾另一個清理），將粉塵焦油除塵除油過濾器，清除粉塵、油污，進入熱交換器E-67，未反應氣被加熱至210℃～230℃，進入並聯的淨化除毒器E-63，E-64，將煤氣中氧、氯、磷等有害物清除，也有少量CO變換，氣體溫度升至230℃～250℃，由下部三通進入等溫變換反應器E-65，在爐內催化劑床進行變換反應，床層溫度230℃～265℃，反應後，變換氣CO降至0.4％～0.7左右，達到變換工藝要求，從下部三通出爐，熱變換氣經蒸汽乾燥器E-66，將自產飽和蒸汽乾燥，溫度降至230℃～255℃左右，經熱交換器E-67加熱半水煤氣，經鍋爐給水加熱器E-68先後將鍋爐脫鹽水加熱、經脫鹽水加熱器E-69預熱（去）除氧水，溫度降至75℃～80℃，經水冷器E-610用循環冷水冷卻至40℃，變換氣蒸汽大量冷凝，經第六水分離器E-611，將冷凝水分離，變換氣送出界區。

《一種高CO高變換率等溫變換反應器》中的CO百分數均表示體積濃度。

榮譽表彰