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用于执行CO变换的方法和设备

阅读：4发布：2020-07-11

专利汇可以提供用于执行CO变换的方法和设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于通过CO变换将在多级重整器和/或气化器设备中产生的含有一氧化碳的粗合成气流转化成耗尽了一氧化碳但增浓了氢气和二氧化碳的处理过的合成气流的方法和设备。为此，粗合成气流被传送到CO变换反应区段，该CO变换反应区段至少包括第一变换反应器并且还可包括另外的下游变换反应器，其中所述第一变换反应器包括至少两个并联工作的子反应器，其中所述至少两个子反应器包含不同体积的变换催化剂。，下面是用于执行CO变换的方法和设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于生产含有二氧化碳和氢气的处理过的合成气的方法，所述方法包括以下步骤：
(a1)在至少一个气化器级中使含碳给料流气化以制得粗合成气流，和/或(a2)在至少一个重整器级中重整含烃给料流以制得粗合成气流，
(b)将所述粗合成气流传送到CO变换反应区段，所述CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，并且将与CO变换催化剂接触的处于CO变换状态下的所述粗合成气流转化为处于CO变换条件下的处理过的合成气流，
(c)从所述CO变换反应区段提取关于粗合成气流耗尽了一氧化碳(CO)且增浓了氢气(H2)和二氧化碳(CO2)的处理过的合成气流，
所述方法的特征在于，所述第一变换反应器包括至少两个并联工作的子反应器，其中所述至少两个子反应器包含不同体积的所述变换催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果通过使含碳给料流在至少一个气化器中气化来制得所述粗合成气流，并且所述粗合成气流包含至少50mol％的CO和酸性气体成分，则将所述粗合成气流传送到包含酸变换催化剂的CO酸变换反应区段。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一变换反应器由两个并联工作的子反应器组成，其中所述两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在多个串联和/或并联工作的气化器级和/或重整器级中制得所述粗合成气流。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在三个气化器级和/或重整器级中制得所述粗合成气流。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一变换反应器中的所述至少两个子反应器为绝热反应器。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果通过使含碳给料流在至少一个气化器中气化来制得所述粗合成气流，并且所述粗合成气流包含60至70mol％的CO和酸性气体成分，则将所述粗合成气流传送到包含酸变换催化剂的CO酸变换反应区段。
8.一种用于生产含有二氧化碳和氢气的处理过的合成气的设备，所述设备包括以下单元：
(a)用于制得粗合成气流的至少一个气化器级和/或重整器级，
(b)与所述至少一个气化器级和/或重整器级流体连接的CO变换反应区段，所述CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，所述CO变换反应区段适于将处于CO变换条件下的粗合成气流转化为处于CO变换条件下的处理过的合成气流，(c)用于从所述CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置，
所述设备的特征在于，所述第一变换反应器包括至少两个并联工作的子反应器，其中所述至少两个子反应器包含不同体积的所述变换催化剂。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，如果通过使含碳给料流在至少一个气化器中气化来制得所述粗合成气流，并且所述粗合成气流包含至少50mol％的CO和酸性气体成分，则所述CO变换反应区段包含酸变换催化剂。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述第一变换反应器由两个并联工作的子反应器组成，其中所述两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述粗合成气流是在多个串联和/或并联工作的气化器级和/或重整器级中制得的。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述粗合成气流是在三个气化器级和/或重整器级中制得的。
13.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述第一变换反应器中的所述至少两个子反应器为绝热反应器。
14.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，如果通过使含碳给料流在至少一个气化器中气化来制得所述粗合成气流，并且所述粗合成气流包含60至70mol％的CO和酸性气体成分，则所述CO变换反应区段包含酸变换催化剂。
15.一种用于起动用于生产处理过的合成气的设备的方法，所述设备包括：
(a)用于制得粗合成气流的至少三个气化器级或重整器级，
(b)与所述气化器级或重整器级流体连接的CO变换反应区段，所述CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，其中所述第一变换反应器包括至少两个并联工作且包含不同体积的变换催化剂的子反应器，
(c)用于从所述CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置，
所述方法的特征在于
(d)在第一气化器级或重整器级起动时，将所述粗合成气流传送到包含较小体积的变换催化剂的子反应器，
(e)在全部气化器级或重整器级起动时，将所述粗合成气流传送到全部子反应器。
16.一种用于关停用于生产处理过的合成气的设备的方法，所述设备包括：
(a)用于制得粗合成气流的至少三个气化器级或重整器级，
(b)与所述气化器级或重整器级流体连接的CO变换反应区段，所述CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，其中所述第一变换反应器包括至少两个并联工作的子反应器，并且其中两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在，
(c)用于从所述CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置，
所述方法的特征在于
(d)在第一气化器级或重整器级关停时，将所述粗合成气流传送到包含所述变换催化剂的总体积的三分之二的子反应器。

说明书全文

用于执行CO变换的方法和设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于通过使粗合成气(合成煤气)根据所谓的CO变换或CO转化反应在存在催化剂的情况下与水反应来将含有一氧化碳(CO)的粗合成气流转化为耗尽了CO但增浓了氢气(H2)和二氧化碳(CO2)的合成气流的方法。本发明的目的之一是提供用于尤其作为多级重整设备或气化设备的下游操作在各种合成气负荷下安全地执行这种反应的方法，其中不同的重整器级或气化器级可能不是全部同时操作和/或从重整器级或气化器级接收的粗合成气的流量(流率)可能变化。

[0002] 在另一方面，本发明涉及一种适于尤其在一体式重整设备中的多级重整器或气化器的下游执行CO变换反应的设备。

[0003] 在又一方面，本发明涉及一种尤其在不同重整器级或气化器级相继起动的状况下起动这种设备的方法。

背景技术

[0004] CO变换反应在化工技术领域中本身就是众所周知的。重整设备或气化设备的情形中的CO变换反应的一般概念和应用可以在教科书如C.Higman和M.van der Burgt的《Gasification(气化)》中8.3节“CO shift(CO变换)”(Gulf Professional Publishing(Elsevier)2003)或Ullmann的《Encyclopedia of Industrial Chemistry(工业化学百科全书)》(第六版，1998年电子版本，关键词“Ammonia”，4.5.1.2节“Carbon Monoxide Shift Conversion(一氧化碳变换转化)”和关键词“Hydrogen”，4.1.2.2节“Gasification of Liquid and Gaseous Hydrocarbons(液态和气态烃的气化)”)中找到。CO变换广泛应用于设计成生产氨合成气的重整设备，因为要进行氨合成，必须从重整或气化工艺的粗合成气中彻底除去一氧化碳。

[0005] CO变换反应

[0006] CO+H2O＝CO2+H2

[0007] 是标准反应焓为-41.2kJ/mol的强放热过程。它可以在低得多的温度下作为来自气化器或重整器的附加和单独的过程工作以修改合成气的H2/CO比或使单元的总氢产量最大化。如从上述反应式可以看到的，从每摩尔CO可以制得一摩尔氢气。该反应本身为等摩尔的且因此在很大程度上不依赖于压力。低温有利于制氢的平衡。CO的典型平衡浓度低；例如，对于0.4的蒸汽/气体比而言，在220℃为0.2vol％且在200℃为0.12vol％。

[0008] CO变换反应利用多种催化剂在200℃至500℃之间以充分的反应速率作用。催化剂的类型通过它们的作用温度范围和要转化的合成气的品质、尤其是含硫量来区分。

[0009] 常规高温变换(HT变换)使用典型地使用铬且最近使用铜促进的基于氧化铁的催化剂。这些催化剂的作用范围介于300℃与500℃之间。在远高于500℃时催化剂发生引起催化剂失活的烧结。HT变换催化剂容忍实际极限最多约100vol-ppm的硫，但易于失去机械强度，特别是在硫的量发生变化的情况下。关于反应工程方面，该反应通常在串联运行的若干级中执行，在其中该反应绝热地运行的各个催化剂床之间进行中间散热，以避免过高的催化剂温度并实现有利的平衡。

[0010] 低温变换(LT变换)在200℃至270℃的温度范围内操作并使用铜-锌-铝催化剂。它用于大部分基于蒸汽重整的氨设备以将残留CO减至约0.3mol％，这是下游甲烷转化器的要求。所使用的催化剂对硫非常敏感，并且甚至输入气体中0.1vol-ppm的H2S久而久之催化剂将中毒。此外，催化剂还对水冷凝敏感。在露点附近操作将导致毛细凝结并从而损坏催化剂。对于约215℃的露点和25至30℃的温升，当铜催化剂的再结晶开始时270℃的温度上限之下的误差余量不多。

[0011] 在甲烷蒸汽重整(SMR)设备中的CO变换的传统设备概念中，通过回收使蒸汽升温并过热的废热而被冷却的来自二级重整器的气体在320至350℃时进入充填有铁-铬催化剂的HT变换反应器。在约50至70℃(取决于初始CO浓度)的升温之后并且在残留CO含量为约3％的情况下，气体随后冷却到200至210℃以进行LT变换，该LT变换在下游反应容器中的铜-锌-铝催化剂上执行并实现0.1至0.3vol％的一氧化碳浓度。

[0012] 已开发了能够在比常规LT变换高的出口温度(300℃)下作用的改良的铜-锌-铝催化剂，特别是用于等热反应器。该过程称为中温变换(MT变换)。已描述了在重整设备中的应用，而在气化设备中的应用是未知的。

[0013] 对于期望对粗合成气执行CO变换的应用而言，可以使用被不同地描述为“酸变换”或“脏变换”催化剂的钴-钼催化剂。该催化剂是耐硫的，因为它需要给送气体中的硫来将它维持在活性硫化状态下。它通常在粗合成气的水淬之后施加，所述水淬典型地将提供渗透有充足的水以在不进一步添加任何蒸汽的情况下进行变换反应的处于约250℃的气体。对于氨应用而言，粗气体变换典型的构造为两个或三个绝热床，其中中间冷却分别引起约1.6或0.8mol％的残留CO。粗气体变换催化剂一个重要的附带效果是它处理许多其它杂质气化特性的能力。COS和其它有机硫化合物大部分转化为H2S，这使下游酸性气体去除(AGR)的任务变得容易。HCN和任何不饱和烃被氢化。羰基分解并沉淀为硫化物，这增大了跨床的压降。现有技术中还描述了给料中的砷的选择性去除。

[0014] 在具有高活性的常规酸变换催化剂用于转化包含高浓度CO(例如，在干燥的情况下约60mol％至70mol％)的粗合成气的应用中，在CO变换反应器的起动和关断操作期间会出现温度巨变。为了应对这种情况，例如，在若干绝热反应器级在级间存在中间散热的情况下串接的布置结构中，普遍做法是将在流动方向上的第一变换反应器级分割成两个并联的子反应器，例如在欧洲专利说明书0121928B1中教导的。在这种设计中，每个子反应器包括多个、例如两个催化剂床，所述催化剂床在气流方向上具有围绕第一催化剂床的内部旁路。典型地，还存在跨两个并联的第一变换子反应器的另一主旁路。该设计在图1中示意性地示出。

[0015] 在现场实践应用中，常常通过借助调节用于相应流动路径的手控阀限制通过各催化剂床的粗气体流量来手动控制该装置。该方法的合理应用取决于操作人员经验；因而，反应器中非期望的温度超调几率比较高。可见的又一缺点是反应器设计由于催化剂床的双层、用于催化剂床的支承装置和用于控制主管路和旁通管路中的流动的大型隔离阀以及额外管道而需要的附加投资成本。

发明内容

[0016] 因此，本发明的一个目的是提供一种用于尤其作为多级气化器或重整器设备的下游操作的根据CO变换反应将粗合成气转化为耗尽了CO但增浓了氢气(H2)和二氧化碳(CO2)的合成气流的方法，其中不同的气化器级或重整器级可以不全部同时操作和/或从重整器级接收的粗合成气的流量可变化。

[0017] 在一方面，通过技术方案1实现上述目的，技术方案1实质上是一种用于生产含有二氧化碳和氢气的处理过的合成气的方法，所述方法包括以下步骤：

[0018] (a1)在至少一个气化器级中使含碳给料流气化以制得粗合成气流，和/或[0019] (a2)在至少一个重整器级中重整含烃给料流以制得粗合成气流，

[0020] (b)将粗合成气流传送到CO变换反应区段，该CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，并且将与CO变换催化剂接触的处于CO变换条件下的粗合成气流转化为处于CO变换条件下的处理过的合成气流，

[0021] (c)从CO变换反应区段提取关于粗合成气流耗尽了一氧化碳(CO)且增浓了氢气(H2)和二氧化碳(CO2)的处理过的合成气流，

[0022] 所述方法的特征在于，第一变换反应器包括至少两个并联工作(并列运行)的子反应器，其中所述至少两个子反应器包含不同体积的变换催化剂。

[0023] 在另一方面，通过技术方案2实现上述目的，技术方案2实质上是一种用于生产含有二氧化碳和氢气的处理过的合成气的设备，所述设备包括以下单元：

[0024] (a)用于制得粗合成气流的至少一个气化器级和/或重整器级，

[0025] (b)与所述至少一个气化器级和/或重整器级流体连接的CO变换反应区段，该CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，该CO变换反应区段适于将处于CO变换条件下的粗合成气流转化为处于CO变换条件下的处理过的合成气流，

[0026] (c)用于从CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置，

[0027] 所述设备的特征在于，第一变换反应器包括至少两个并联工作的子反应器，其中所述至少两个子反应器包含不同体积的变换催化剂。

[0028] 在又一方面，通过技术方案3实现上述目的，技术方案3实质上是一种用于起动用于制得处理过的合成气的设备的方法，所述设备包括：

[0029] (a)用于制得粗合成气流的至少三个气化器级或重整器级，

[0030] (b)与气化器级或重整器级流体连接的CO变换反应区段，该CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，其中第一变换反应器包括至少两个并联工作且包含不同体积的变换催化剂的子反应器，

[0031] (c)用于从CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置，

[0032] 所述方法的特征在于

[0033] (d)在第一气化器级或重整器级起动时，将粗合成气流传送到包含较小体积的变换催化剂的子反应器，

[0034] (e)在全部气化器级或重整器级起动时，将粗合成气流传送到全部子反应器。

[0035] 在又一方面，通过技术方案4实现上述目的，技术方案4实质上是一种用于关停用于制得处理过的合成气的设备的方法，所述设备包括：

[0036] (a)用于制得粗合成气流的至少三个气化器级或重整器级，

[0037] (b)与气化器级或重整器级流体连接的CO变换反应区段，该CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，其中第一变换反应器包括至少两个并联工作且包含不同体积的变换催化剂的子反应器，

[0038] (c)用于从CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置，

[0039] 所述方法的特征在于

[0040] (d)在第一气化器级或重整器级关停时，将粗合成气流传送到包含较大体积的变换催化剂的子反应器。

[0041] 重整器管的两个区域之间的流体连接应理解为使流体例如粗合成气流或处理过的合成气流不论任何居间的区域或构件都能够从两个区域中的一个区域流到另一个区域的任何类型的连接。

[0042] 绝热反应器工作应理解为这样的反应器工作：其特征在于，除随给料流导入的对流热流外，无外部能量供给至反应器，且此外通过结构措施、例如通过安装隔热装置来减少或甚至完全禁止反应器与周围的热交换。

[0043] CO变换条件应理解为实现粗合成气成分根据CO变换反应式CO+H2O＝CO2+H2至少部分转化的反应条件。本领域的技术人员从例如上述文献了解这些转化条件的原理。基于例行试验可以针对相应工作要求例如针对给料流的组分或针对所使用的催化剂的类型对这些条件做出必要调整。

[0044] 对CO变换、尤其是酸性气体变换有效的催化剂原理上对技术人员来说是公知的且针对多种不同应用可贸易购得。专业人员根据要采用的反应温度(HT/MT/LT变换)和针对特殊应用如酸性/脏气体CO变换选择合适的变换催化剂。

[0045] 用于从CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置应理解为适于该用途的任何装置，尤其是可与输送装置如鼓风机或泵组合的管道或管路系统。

[0046] 气化器级或重整器级应理解为发生气化或重整反应的限定区域或空间。术语“级”不应理解为意味着与其它级有任何特定互连，例如所述级是否串联或并联连接。

[0047] 本发明基于如上所述的CO变换反应强放热的事实。因而，关于给定催化剂总量改变通向CO变换反应器的粗合成气的流量——即改变粗合成气的空间速度——可能引起高的温度波动。尤其在流量相对于催化剂体积而言过低的状况下，在小部分催化剂床中将建立反应平衡并释放反应热。这将导致该催化剂床部分中的温度超调和热点形成，并最终由于催化剂在该位置的热老化或烧结而导致过早的催化剂失活。该效应原则上与任何反应器设计有关，但在CO变换反应中由于其简单和廉价的设计而普遍采用的绝热固定床反应器的情况下尤其严重。作为减轻该效应的手段，使用如图1所示且在现有技术中被描述的反应器设计，其中第一变换反应器被分割成例如两个并联的子反应器，其各自包括例如两个催化剂床，其中通向各子反应器的流量可借助阀来调节，并且设置在流动方向上的第一催化剂床可被绕开。该方法的合理应用取决于操作人员经验；因此，反应器中非期望的温度超调的几率比较高。可见又一缺点是反应器设计由于催化剂床的双层、用于催化剂床的支承装置、用于控制主管路和旁通管路中的流动的大型隔离阀以及额外管道而需要的附加投资成本。

[0048] 在本发明的上下文中，已发现有利的是将第一变换反应器——其设计为单独的反应器或为例如位于多级重整器或气化器单元的下游的一系列连贯的CO变换反应器级中的第一、最上游的反应器级——设计成包括至少两个并联工作的子反应器，其中所述至少两个子反应器包含不同体积的变换催化剂。在粗合成气的流量例如在粗合成气制备区段(即相继的气化器级或重整器级)的起动或关停期间发生变化时这允许更大的灵活性。较大的粗合成气流可被输送到包含CO变换催化剂的较大体积部分的子反应器，而较小的粗合成气流可被输送到包含CO变换催化剂的较小体积部分的子反应器。优点在于，在两种方案中，与最佳空间速度的设计值的偏差与例如在两个子反应器对称地充填有相同量的催化剂的布置结构中大流量或小流量的粗合成气都被传送到相同的催化剂体积的情形相比小。这导致较少的温度超调并因而导致催化剂和反应器材料上较小的热应力。

[0049] 本发明的优选方面

[0050] 关于根据本发明的方法，已发现有利之处在于，如果通过使含碳给料流在至少一个气化器中气化来制得粗合成气流，并且粗合成气流包含至少50mol％、优选60至70mol％的CO和酸性气体成分，则粗合成气流被传送到包含酸变换催化剂的CO酸变换反应区段。尤其是在这些状况下，每单位体积催化剂的放热量高，在粗合成气流量波动时温度超调的趋势同样高。如果在绝热反应器中执行该反应，则该趋势更加明显。

[0051] 优选地，第一变换反应器由两个并联工作的子反应器组成，其中这两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在。这种布置结构的优点在于，从结构观点来看简单，同时能够处理宽范围的不同粗合成气流量，在包括串联和/或并联工作的多个气化器级和/或重整器级的合成气生产设备的起动或关停时观察到所述不同粗合成气流量。

[0052] 此外，关于根据本发明的方法，尤其有利的是在三个气化器级和/或重整器级中制得粗合成气流。与两个子反应器并联工作的设计——其中两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在——相结合，在气化器级和/或重整器级的起动或关停期间发生的全部粗合成气流量可以在最佳空间速度条件下在CO变换单元中处理：如果一个气化器级和/或重整器级工作，则全部粗合成气流将仅仅被传送到包含全部CO变换催化剂的三分之一的子反应器。如果两个气化器级和/或重整器级工作，则全部粗合成气流将仅仅被传送到包含全部CO变换催化剂的三分之二的子反应器。如果全部三个气化器级和/或重整器级都工作，则全部粗合成气流将被传送到两个子反应器，其中全部合成气流量与催化剂总体积之比与空间速度的最佳设计值一致。

[0053] 特别优选的是，根据本发明的方法在绝热反应器中执行，尤其是关于第一变换反应器中的至少两个子反应器为绝热反应器的事实。绝热反应器由于它们简单的结构而有利；然而，由于它们包括隔热装置以减少从反应器内部到环境的热损失的事实，它们对温度超调相当敏感。因而，它们尤其适于与根据本发明的方法相结合地工作。

[0054] 关于根据本发明的设备，已发现有利之处在于，如果通过使含碳给料流在至少一个气化器中气化来制得粗合成气流，并且粗合成气流包含至少50mol％、优选60至70mol％的CO和酸性气体成分，则CO变换反应区段包含酸变换催化剂。尤其是在这些状况下，每单位体积催化剂的放热量高，在粗合成气流量波动时温度超调的趋势同样高。如果在绝热反应器中执行该反应，则该趋势更加明显。

[0055] 在根据本发明的设备的又一优选实施例中，第一变换反应器由两个并联工作的子反应器组成，其中这两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在。该实施例在用于其中在多个串联和/或并联工作的气化器级和/或重整器级中制得粗合成气流的作业流程中时特别有利。

[0056] 在根据本发明的设备的另一优选实施例中，在多个串联和/或并联工作的气化器级和/或重整器级中制得粗合成气流。本实施例在用于包括第一变换反应器的作业流程中时特别有利，所述第一变换反应器由两个并联工作的子反应器组成，其中这两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在。尤其在粗合成气流在三个气化器级和/或重整器级中制得的一体式合成气设备中，本实施例允许例如在粗合成气生产的起动或关停期间向两个CO变换子反应器分配粗合成气流的不同选择和方案，如在下面的示例性实施例中将说明的。

[0057] 特别优选的是，根据本发明的设备包括绝热反应器，尤其是关于第一变换反应器中的至少两个子反应器为绝热反应器的事实。绝热反应器由于它们简单的结构而有利；然而，由于它们包括隔热装置以减少从反应器内部到环境的热损失的事实，它们对温度超调相当敏感。因而，它们尤其适于与根据本发明的设备相结合地工作。

[0058] 关于起动或关停根据本发明的设备的方法，所述设备包括：

[0059] (a)用于制得粗合成气流的至少三个气化器级或重整器级，

[0060] (b)与气化器级或重整器级流体连接的CO变换反应区段，该CO变换反应区段至少包括包含变换催化剂的第一变换反应器，其中第一变换反应器包括至少两个并联工作的子反应器，并且其中这两个子反应器中的催化剂体积以一个子反应器中的三分之一对第二子反应器中的三分之二的比率存在，

[0061] (c)用于从CO变换反应区段提取处理过的合成气流的装置，

[0062] 已发现有利的是：

[0063] (d)在第一气化器级或重整器级起动时，粗合成气流被传送到包含较小体积的变换催化剂的子反应器，

[0064] (e)在全部气化器级或重整器级起动时，粗合成气流被传送到全部子反应器。

[0065] 此外，已发现有利的是：

[0066] (d)在第一气化器级或重整器级关停时，粗合成气流被传送到包含变换催化剂的总体积的三分之二的子反应器。

[0067] 该起动和关停基本原理与以下观察结果一致：较大的粗合成气流可优选被输送到包含CO变换催化剂的较大体积部分的子反应器，而较小的粗合成气流可被输送到包含CO变换催化剂的较小体积部分的子反应器。优点在于，在多级重整器和/或气化器设备中的单个重整器级和/或气化器级相继起动或关停的起动和关停方案中，与最佳空间速度的设计值的偏差比例如在两个子反应器对称地充填有相同量的催化剂的布置结构中大流量或小流量的粗合成气都被传送到相同的催化剂体积的情形小。这导致较少的温度超调并因而引起催化剂和反应器材料上较小的热应力。

[0068] 本发明的更多开发方案、优点和可能的应用还可以从以下对示例性实施例和示例以及附图的说明获得。所说明和/或示出的所有特征构成本发明本身或本发明的任意组合。

附图说明

[0069] 在附图中：

[0070] 图1示意性地示出根据现有技术(对比示例)的CO变换方法和设备，

[0071] 图2示意性地示出根据本发明的CO变换方法和设备。

具体实施方式

[0072] 在图1中，从图中未示出的包括三个气化器级的多级煤气化单元接收的粗合成气流经由管路1被传送到热交换器2，该热交换器用于将温度调节至CO变换反应温度。在经过热交换器2之后，粗合成气流经由管路3被引导到由两个对称的子反应器7a、7b组成的CO变换反应区段。粗合成气流经由管路5a、5b向子反应器7a、7b的流动由阀6a、6b控制。两个子反应器都包括两个催化剂床，每个催化剂床都包括与其它催化剂床相同的催化剂体积。因而，两个子反应器中关于最佳空间速度存在的总催化剂体积在四个催化剂床上以相等的催化剂体积分布。此外，两个子反应器均配备有旁通管路11a、11b和阀12a、12b以使粗合成气流绕开在流动方向上的相应第一催化剂床周围。

[0073] 来自CO变换反应区段的关于粗合成气流耗尽了一氧化碳且增浓了氢气和二氧化碳的处理过的合成气流经由管路8a、8b和阀9a、9b被提取，集中在管路10中，并被传送到可选的其它处理级，例如附加CO变换级，其本身就是已知的且在图中未示出。

[0074] 可通过关闭阀4a、4b和可选地阀9a、9b并打开常闭的阀13来经由管路10绕开整个CO变换反应区段。

[0075] 在三个并联的气化器级起动时，各级通常相继起动。因而，将存在气化器单元以其全部生产能力的三分之一或三分之二运行的工作模式，其中三个气化器级中的任一个或两个工作。在这些操作工作模式下接收的粗合成气流在下游的CO变换区段的处理在最佳空间速度的调节方面有困难。在三分之一生产能力方案中，操作人员可以选择将粗合成气流全部引导到一个或两个催化剂床——两种选择就最佳空间速度的调节而言是次优的，或者替换地，可以选择借助调节阀6a、6b调节通向一个子反应器的粗合成气流的流量。后一方法执行的关键在于操作人员的经验和技术，并且操作人员易于出错。

[0076] 同样，在三分之二生产能力方案中，操作人员可以选择将粗合成气流引导到两个催化剂床，例如一个完整的子反应器，或引导到三个催化剂床，例如完整的第一子反应器加上第二子反应器的下游床，第二子反应器的上游床被绕开。同样，两种选择就最佳空间速度的调节而言均是次优的。

[0077] 在示意性地示出根据本发明的CO变换方法和设备的图2中，从图中未示出的包括三个并联的气化器级的多级气化器单元接收的粗合成气流经由管路1被传送到热交换器2，该热交换器用于将温度调节至CO变换反应温度。在经过热交换器2之后，粗合成气流经由管路3被引导到由具备不同催化剂体积的两个子反应器7a、7b组成的CO变换反应区段。两个子反应器均各包括仅一个催化剂床，其中反应器7a关于最佳空间速度包括总催化剂体积的三分之二且反应器7b包括其三分之一。在根据本发明的该示例中，不存在旁通管路11a、11b以及阀6a、6b和12a、12b。

[0078] 与图1中的对比示例中一样，来自CO变换反应区段的关于粗合成气流耗尽了一氧化碳且增浓了氢气和二氧化碳的处理过的合成气流经由管路8a、8b和阀9a、9b被提取，集中在管路10中，并被传送到本身就已知且在图中未示出的可选的其它处理级。

[0079] 同样，可通过关闭阀4a、4b和可选地阀9a、9b并打开常闭的阀13来经由管路10绕开整个CO变换反应区段。

[0080] 在图2中的根据本发明的方法和设备中的三个并联级气化器单元的第一气化器级——其对应于上述三分之一生产能力方案——起动时，粗合成气流被完全传送到包括关于最佳空间速度的全部催化剂体积的三分之一的子反应器7b。因而，子反应器7b在最佳空间速度体系中自动工作。

[0081] 同样，在三分之二生产能力方案中，在三个气化器级中的两个气化器级工作的情况下，粗合成气流被完全传送到包括关于最佳空间速度的全部催化剂体积的三分之二的子反应器7a。因而，子反应器7a在最佳空间速度体系中自动工作。

[0082] 相比而言，在关停图2中的根据本发明的方法和设备中的三级气化器单元的第一气化器级——其对应于上述三分之二生产能力方案——时，粗合成气流被完全传送到包括关于最佳空间速度的全部催化剂体积的三分之二的子反应器7a。在关停三级气化器单元中的两个气化器级——其对应于上述三分之一生产能力方案——时，粗合成气流被完全传送到包括关于最佳空间速度的全部催化剂体积的三分之一的子反应器7b。再一次地，子反应器7b在最佳空间速度体系中自动工作。

[0083] 在下表中，根据工作的气化器级的数量收集了向共同构成第一CO变换反应器的两个CO变换子反应器分配粗合成气流的不同选择和方案。技术人员将理解的是，如上所述的三分之一和三分之二生产能力方案也可通过例如借助调节阀4a、4b部分地减少通向并联的子反应器中的一个或两个的流量来实现。在表中表示为选择A1、B1和B2的这些选择例如可以用于其中需要移除一个反应器或使其停止工作的情形中。然而，在本发明的上下文中，明显优选采用表中标有下划线且对应于其中催化剂床负荷系数为0和/或1——即对应的子反应器接收零流量或全部流量——的操作模式的选择A2、B3和C1。

[0084] 表：向构成第一CO变换反应器的两个并联CO变换子反应器分配粗合成气流量的不同选择

[0085]

[0086] 工业适用性

[0087] 本发明提出了用于将粗合成气流转化为耗尽了一氧化碳但增浓了氢气和二氧化碳的处理过的合成气流的方法和设备。与已知的现有技术方法相比，所提出的方法和设备就在上游合成气发生设备例如多级重整器和/或气化器设备中的转变而言更灵活。第一CO变换反应器在粗合成气流的流动方向上不对称分割成两个或更多个具有不同催化剂体积的子反应器允许在各个合成气发生级的起动或关停期间的更大灵活性，同时在CO变换子反应器中的各个催化剂床中以最佳或几乎最佳的空间速度体系工作。

[0088] 附图标记清单

[0089] [1] 管路

[0090] [2] 热交换器

[0091] [3] 管路

[0092] [4a,4b] 阀

[0093] [5a,5b] 管路

[0094] [6a,6b] 阀

[0095] [7a,7b] CO变换子反应器

[0096] [8a,8b] 管路

[0097] [9a,9b] 阀

[0098] [10] 管路

[0099] [11a,11b] 管路

[0100] [12a,12b] 阀

[0101] [13] 阀

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用于执行CO变换的方法和设备

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