一种配套粉煤气化的等温变换工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种配套粉煤气化的等温变换工艺，包括等温变换炉，其特征在于：等温变换炉内设有两组换热管；粗合成气分离出液相后换热、脱除杂质，送入所述等温变换炉进行一次变换反应；汽包内中压锅炉水进入两组换热管与等温变换炉内的催化剂床层换热，生成蒸汽，出等温变换炉的一级变换气送入绝热变换炉进行二次变换反应，得到二次变换气；对出所述绝热变换炉的二次变换气中的CO干基含量进行监测，当二次换变换气中的CO干基含量大于1.2v％时，关闭一组换热管，另一组换热管工作，以在不改变蒸汽管网的情况下保证催化剂的活性要求和恒定的产率。

【技术实现步骤摘要】
一种配套粉煤气化的等温变换工艺
本专利技术涉及到一氧化碳变换
，具体指一种配套粉煤气化的等温变换工艺。
技术介绍
基于我国多煤少油乏气的资源现状，近年来以煤为原料的化学工业得到快速发展，粉煤气化由于其煤种适应广、能源利用率高及设备单位产气能力高等特点得到了广泛应用。煤通过高温气化，制得的以H2和CO为主要成分的粗合成气，是生产C1化工及其衍生物产品的适宜原料。采用粉煤气化工艺生产的粗合成气，其主要组分为CO、CO2和H2，其后续均设置CO变换装置，作用是把粗合成气中过高的CO变换成CO2，同时产生H2，以调整粗合成气中CO和H2的含量，满足下游装置对合成气中氢碳比的要求。变换过程即CO与水蒸气在催化剂的作用下生成H2和CO2的过程，该过程最早应用于合成氨工业，后续陆续应用于制氢、合成甲醇、合成油、煤制天然气等众多产业。CO变换反应是强放热反应，根据对反应热的移热方式不同，CO变换工艺分为绝热变换工艺和等温变换工艺。等温变换通过在变换炉内设置换热设备，一般以液体水为传热介质，吸热后水汽化为蒸汽，能够快速吸收变换反应热，维持催化剂床层温度稳定，进而实现变换装置的稳定运行。相比较传统绝热变换技术，等温变换工艺具有流程短、设备少、投资低、能量利用率高、易于大型化等特点，受到了越来越多的关注。等温变换中CO变换初末期反应温度的波动会传导到反应床层内用于移热的换热管，进而引起换热管内所产蒸汽温度和压力的波动，尤其随着CO变换装置的大型化和多系列化，富产的蒸汽量也越来越多，但等温变换反应器始终无法解决蒸汽压力的波动及相关设备和管道工程投资增加问题。近年来开发的等温变换工艺，均存在等温变换炉副产的中压蒸汽压力不稳定，特别是在反应末期工况时，随着催化剂活性降低，需提高等温变换反应温度，以维持变换反应转化率，则等温变换炉副产的中压蒸汽压力产生剧烈波动，严重影响着装置甚至全厂的蒸汽管网的稳定运行。如申请号为200910056342.4的中国专利技术专利申请所公开的《分流式等温耐硫变换工艺及其设备》，该等温耐硫变换在反应末期工况，随着进入等温变换炉合成气温度的提升，等温变换炉副产中压蒸汽压力自4.0MPaG迅速升至约6.5MPaG以上，严重制约装置的稳定运行，并增大了汽包等设备及管道投资；该工艺将从气化工序来的粗合成气直接送入第一变换炉，使用绝热反应器对高浓度CO进行第一次变换，极易出现绝热炉内超温问题，造成绝热反应器内的催化剂失活快，更换频繁，增加了操作费用；同时为了抑制绝热变换炉超温，该工艺中绝热变换炉入口水/干气摩尔比高达2.0，过高的水气比会造成催化剂反硫化，缩短变换催化剂的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种显著降低等温变换炉副产中压蒸汽压力波动，同时降低装置投资及操作费用的配套粉煤气化的等温变换工艺。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：该配套粉煤气化的等温变换工艺，包括等温变换炉，所述等温变换炉中设有多根换热管，所述换热管的入口通过锅炉水管道连接汽包的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包的蒸汽入口；其特征在于：所述换热管包括多根第一换热管和多根第二换热管，各所述第一换热管组成第一组换热管；各所述第二换热管组成第二组换热管；各第一换热管的内腔横截面的面积之和为各第二换热管内腔的横截面的面积之和的15～35％；对应地，所述锅炉水管道有两根；各所述第一换热管的入口连接第一锅炉水管道，各所述第二换热管的入口连接第二锅炉水管道；所述第一锅炉水管道上设有阀门；来自粉煤气化装置的温度为190～210℃、压力为3.6～4.0MPaG，CO干基含量为55v％～75v％的粗合成气分离出液相后换热至245℃～255℃，并脱除粗合成气中的杂质，送入所述等温变换炉进行一次变换反应；控制等温变换炉副产中压蒸汽流量与进入等温变换炉粗合成气流量的比例(摩尔比)为1:3～1:4；所述汽包内的4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压锅炉水从第一锅炉水管道和第二锅炉水管道分别进入各所述第一换热管和各所述第二换热管内，与等温变换炉中变换反应所产生的热量进行换热，生成蒸汽，从蒸汽收集管道返回所述汽包进行气液分离从汽包顶部送出压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压饱和蒸汽；控制所述等温变换炉内的温度为275℃～315℃；出等温变换炉的一级变换气中CO干基含量为4％～12％；一级变换气换热至220℃～235℃后，补入中压蒸汽和中压锅炉给水，调节至温度215℃～225℃、水/干气摩尔比为0.4～0.6后，送入绝热变换炉进行二次变换反应；出绝热变换炉的二次变换气温度为250℃～290℃、CO干基含量小于1.2％，回收热量后送至下游；对出所述绝热变换炉的二次变换气中的CO干基含量进行监测，当二次换变换气中的CO干基含量大于1.2v％时，关闭所述第一锅炉水管道上的阀门，所述第一组换热管不工作，仅第二组换热管工作；所述汽包内的4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的锅炉水从第二锅炉水管道进入第二组换热管，换热后得到压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃饱和蒸汽，从蒸汽收集管道返回所述汽包。较好的，出所述等温变换炉的一次变换气先进入低压蒸汽过热器冷却至240℃～280℃，然后与所述粗合成气换热至220℃～235℃后送至所述绝热变换炉。优选出所述绝热变换炉的二次变换气进入低压蒸汽发生器冷却至195℃～205℃后送下游工序处理。作为改进，出所述汽包的中压蒸汽可以全部补入到所述的一次变换气中；上述各方案中，优选各所述第一换热管在所述等温变换炉的催化剂床层内均匀布置，各所述第二换热管在所述等温变换炉的催化剂床层内均匀布置。优选每根所述的第一换热管的周围至少均布有三根所述的第二换热管；每根第一换热管与布置在该第一换热管周围的各第二换热管构成换热管对。每根所述第一换热管的周围设有3～6根所述的第二换热管。进一步地，各所述换热管对中各所述第二换热管均布在以所述第一换热管的中心为圆心的同一圆周线上。相邻换热管对之间共用部分所述的第二换热管。该结构使得第二换热管的分布更均匀，换热效果更好，避免了催化剂床层的局部飞温。较好的，所述蒸汽收集管道包括并联设置的第一蒸汽收集管道和第二蒸汽收集管道；各所述第一换热管的出口连接所述第一蒸汽收集管道，各所述第二换热管的出口连接第二蒸汽收集管道。该结构能有效避免第一组换热管不工作时，蒸汽憋在停工的换热管内。与现有技术相比，本专利技术具有下述优点：1、中压锅炉给水通过两组独立的换热管送入等温变换炉，在催化剂末期工况时，通过管路上的控制阀关闭其中一路集合管的锅炉给水，以减小等温变换炉内有效换热管束数量，可显著降低副产中压蒸汽的压力波动，有利于装置的稳定运行。2、由于等温变换炉副产蒸汽压力波动小，汽包等设备设计压力得以降低，设备及管路投资得以降低。3、将高浓度CO气体的粗合成气首先送入等温变换炉进行变换，充分发挥等温变换炉不会出现超温的工艺特点，确保了整个变换流程不出现超温问题，催化剂使用寿命长，操作费用低，变换单元运行稳定；4、通过对变换流程的合理优化，变换工序所产中压蒸汽全部用于自身变换反应，取消了中压蒸汽过热器，降低了设备投资。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配套粉煤气化的等温变换工艺，包括等温变换炉(4)，所述等温变换炉(4)中设有多根换热管，所述换热管的入口通过锅炉水管道连接汽包(9)的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包(9)的蒸汽入口；其特征在于：所述换热管包括多根第一换热管和多根第二换热管，各所述第一换热管组成第一组换热管；各所述第二换热管组成第二组换热管；各第一换热管41的内腔横截面的面积之和为各第二换热管42内腔的横截面的面积之和的15～35％；对应地，所述锅炉水管道有两根；各所述第一换热管的入口连接第一锅炉水管道(91)，各所述第二换热管的入口连接第二锅炉水管道(92)；所述第一锅炉水管道(91)上设有阀门；来自粉煤气化装置的温度为190～210℃、压力为3.6～4.0MPaG，CO干基含量为55v％～75v％的粗合成气分离出液相后换热至245℃～255℃，并脱除粗合成气中的杂质，送入所述等温变换炉进行一次变换反应；所述汽包(9)内的4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压锅炉水从第一锅炉水管道(91)和第二锅炉水管道(92)分别进入各所述第一换热管和各所述第二换热管内，与等温变换炉中变换反应所产生的热量进行换热，生成压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的饱和蒸汽，从蒸汽收集管道返回所述汽包(9)；控制所述等温变换炉内的温度为275℃～315℃；控制出等温变换炉的一级变换气中CO干基含量为4％～12％；一级变换气换热至220℃～235℃后，补入中压蒸汽和中压锅炉给水，调节至温度215℃～225℃、水/干气摩尔比为0.4～0.6后，送入绝热变换炉7进行二次变换反应；出绝热变换炉7的二次变换气温度为250℃～290℃、CO干基含量小于1.2％，回收热量后送至下游；对出所述绝热变换炉(7)的二次变换气中的CO干基含量进行监测，当二次换变换气中的CO干基含量大于1.2v％时，关闭所述第一锅炉水管道(91)上的阀门，所述第一组换热管不工作，仅第二组换热管工作；所述汽包(9)内的4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的锅炉水从第二锅炉水管道进入第二组换热管，换热后得到压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃饱和蒸汽，从第二蒸汽管道(94)返回所述汽包(9)。...

【技术特征摘要】
1.一种配套粉煤气化的等温变换工艺，包括等温变换炉(4)，所述等温变换炉(4)中设有多根换热管，所述换热管的入口通过锅炉水管道连接汽包(9)的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包(9)的蒸汽入口；其特征在于：所述换热管包括多根第一换热管和多根第二换热管，各所述第一换热管组成第一组换热管；各所述第二换热管组成第二组换热管；各第一换热管41的内腔横截面的面积之和为各第二换热管42内腔的横截面的面积之和的15～35％；对应地，所述锅炉水管道有两根；各所述第一换热管的入口连接第一锅炉水管道(91)，各所述第二换热管的入口连接第二锅炉水管道(92)；所述第一锅炉水管道(91)上设有阀门；来自粉煤气化装置的温度为190～210℃、压力为3.6～4.0MPaG，CO干基含量为55v％～75v％的粗合成气分离出液相后换热至245℃～255℃，并脱除粗合成气中的杂质，送入所述等温变换炉进行一次变换反应；所述汽包(9)内的4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的中压锅炉水从第一锅炉水管道(91)和第二锅炉水管道(92)分别进入各所述第一换热管和各所述第二换热管内，与等温变换炉中变换反应所产生的热量进行换热，生成压力为4.0～5.5MPaG、温度为250～270℃的饱和蒸汽，从蒸汽收集管道返回所述汽包(9)；控制所述等温变换炉内的温度为275℃～315℃；控制出等温变换炉的一级变换气中CO干基含量为4％～12％；一级变换气换热至220℃～235℃后，补入中压蒸汽和中压锅炉给水，调节至温度215℃～225℃、水/干气摩尔比为0.4～0.6后，送入绝热变换炉7进行二次变换反应；出绝热变换炉7的二次变换气温度为250℃～290℃、CO干基含量小于1.2％，回收热量后送至下游；对出所述绝热变换炉(7)的二次变换气中的CO干基含量进行监测，当二次换变换气中的CO干基含量大于1.2v％时，关闭所述第一锅炉水管道(91)上的阀门，所述第一组换热管不工作，仅第二组换热管工作；所述汽包(...

【专利技术属性】
技术研发人员：许仁春，唐永超，亢万忠，涂林，李怀双，陈冬景，程世权，周金路，刘宏先，
申请(专利权)人：中石化宁波工程有限公司，中石化宁波技术研究院有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33