甲烷化反应器换热装置制造方法及图纸

本申请公开一种甲烷化反应器换热装置，该装置包含换热式甲烷化反应器、水换热系统、惰性气体换热系统，其中，换热式甲烷化反应器的换热介质出口经第一管道与水换热系统的上升水进口连接，水换热系统的下降水出口经第二管道与换热式甲烷化反应器的换热介质进口连接，从第一管道上分出第三管道，第三管道经惰性气体换热系统后与换热式甲烷化反应器的换热介质进口连接。本申请的装置是具有双换热流程和介质的新型甲烷化换热系统，解决换热式甲烷化装置开车费用高、时间长的问题。时间长的问题。时间长的问题。

【技术实现步骤摘要】
甲烷化反应器换热装置


[0001]本技术涉及一种甲烷化反应器换热装置。

技术介绍

[0002]目前工业煤制气和焦炉气制天然气，均采用了绝热固定床甲烷化工艺，该工艺需要大量循环和补入蒸汽以控制绝热温升，导致总投资以及水、电消耗非常高，经济性差，这也是煤制气技术难以大范围推广的重要原因。
[0003]换热式甲烷化技术因其在装置投资、操作费用等方面的优势，是解决现有煤制气技术经济性差的一个突破口。最近十多年，国内以杭州林达和南京敦先为代表的企业在换热式甲烷化技术的开发方面投入了较大精力，获得了相应的知识产权，其他单位也积极进行了相关技术的开发。总体而言，换热式甲烷化技术目前还处于研发和工业示范阶段。
[0004]CN103240036A公开了一种抗温差应力的换热反应器及其组合装置和应用，该专利技术采用绕管式固定床换热反应器，以水或导热油为换热介质，从反应器壳体和换热件的结构方面给出了解决换热温差应力问题的思路。
[0005]CN104645897A公开了一种双封头可控水移热反应器，合理布置换热结构和介质流向，利用换热管内水转化为蒸汽的相变热及时移走催化剂床层内反应热量。
[0006]上海华西公司自主研发了一段等温甲烷化技术，该技术采用列管式固定床反应器，以脱氧脱盐水为移热介质，脱氧脱盐水走壳程，催化剂装填在列管内。与国外LURGE、TOPOSE以及戴维公司等的多段绝热甲烷化技术相比，减少了2～3个绝热反应器、3～4套蒸汽发生系统和1台大型循环压缩机，从而节省了投资和专利费用，运行能耗也大幅度降低。该技术分别在曲靖和鄂托克旗实现了工业化示范。
[0007]现有换热式甲烷化技术均利用水或导热油等单一换热介质带走甲烷化反应产生的热量，实现催化剂床层温度控制。现有技术的着眼点是通过反应器结构设计、流体流向合理布置等技术手段，解决反应过程中设备的热应力问题，而没有考虑装置运行的整个生命周期，尤其是开车过程中面临的问题。
[0008]甲烷化装置开车时，催化剂要达到一定的温度才能起活(起活温度一般为200
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260℃)，因此需要利用外热给催化剂床层升温。对于换热式甲烷化反应器而言，由于反应器内装填有催化剂，且换热管程或壳程充斥着换热介质水，要想使催化剂起活需要更多的热量将催化剂和换热介质同时加热。这样一来，增加了加热介质的费用，更重要的是开车时间由绝热固定床反应器的1
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2天延长到一周甚至更长时间，直接导致开停车费用增加，时间延长，耽误生产而导致的经济损失更大。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有双换热流程和介质的新型甲烷化换热系统，解决换热式甲烷化装置开车费用高、时间长的问题。
[0010]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0011]一种甲烷化反应器换热装置，其包含：换热式甲烷化反应器、水换热系统、惰性气体换热系统，其中，换热式甲烷化反应器的换热介质出口经第一管道与水换热系统的上升水进口连接，水换热系统的下降水出口经第二管道与换热式甲烷化反应器的换热介质进口连接，从第一管道上分出第三管道，第三管道经惰性气体换热系统后与换热式甲烷化反应器的换热介质进口连接。
[0012]进一步地，换热式甲烷化反应器是管壳式或板壳式反应器，优选管壳式反应器，具有原料气进口和产品气出口，原料气进口和产品气出口之间为壳程或管程，则换热介质进口和换热介质出口之间对应为管程或壳程，原料气进口和产品气出口与反应器内的催化剂相通，催化剂装填在壳程或管程，而换热介质对应走与催化剂不同的管程或壳程；换热介质为惰性气体和水，并分别对应于惰性气体换热系统和水换热系统；在装置的不同生命周期通过在水换热系统和惰性气体换热系统之间切换，从而使催化剂快速起活，并将反应热移走。
[0013]进一步地，所述水换热系统包括汽包，汽包的上升水进口通过第一管道与换热式甲烷化反应器管程或壳程的换热介质出口(通常位于换热式甲烷化反应器的上部或顶部)连接，汽包的下降水出口通过第二管道与换热式甲烷化反应器管程或壳程的换热介质进口(通常位于换热式甲烷化反应器的下部或底部)连接，第一管道和第二管道上分别设置第一阀门和第二阀门，第一阀门优选设置于第一管道上分出第三管道的位置与汽包的上升水进口之间，汽包直径例如可以为1200
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1600mm，进一步1300
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1500mm，优选约1400mm；直管段长度例如可以是3500
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5000mm，进一步4000
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4500mm，优选约4000mm；壁厚例如可以为24
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30mm，例如25
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28mm，优选约26mm；总容积例如可以为6.5
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8m3，优选约7m3；钢材总重量7.5
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8.5t，汽包上设有与新鲜水输入管道连接的新鲜水进口和与蒸汽输出管道连接的蒸汽出口，新鲜水输入管道优选为新鲜脱氧脱盐水输入管道。
[0014]进一步地，所述惰性气体换热系统包括沿着换热介质的流动方向依次设置在第三管道上的惰性气体缓冲罐、压缩机，在缓冲罐与第一管道上分出第三管道的位置之间设置第三阀门，在压缩机与换热器甲烷化反应器换热介质进口之间的第三管道上设置第四阀门。
[0015]进一步地，第三管道经第三阀门后进入汽包内以便初步加热汽包水，然后穿出汽包后连接缓冲罐的进口，优选地，第三管道经惰性气体换热系统与第二管道汇合后连接于换热式甲烷化反应器的换热介质进口。
[0016]本技术进一步提供了使用上述装置的开车方法，该方法包括：
[0017]开车前，本技术装置中的所有阀门处于关闭状态，换热式甲烷化反应器的管程或壳程装填催化剂；
[0018](1)开车初期，热氮气(来自装置外的常温氮气经甲烷化设备本身自带的开工炉加热后获得热氮气，流量例如可以为10000
‑
50000m3/h，优选为15000
‑
30000m3/h，更优选约为200000m3/h)从原料气进口进入换热式甲烷化反应器预热催化剂床层至催化剂起活温度(催化剂起活温度例如200
‑
300℃，优选260
‑
300℃)；
[0019](2)待催化剂床层温度满足催化剂起活条件时，工艺管道内的氮气逐渐切换为工艺气(流量例如可以为20000
‑
100000Nm3/h，优选为50000
‑
80000Nm3/h，更优选约为30000Nm3/h，温度例如可以为200
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300℃，优选260
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300℃)，同时启用惰性气体换热系统，打
开第三阀门、第四阀门和压缩机，惰性气体(惰性气体的温度例如可以为20
‑
35℃，优选为常温，压力例如可以为0.3
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1MPaG，优选为0.5
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0.8MPaG，流量例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷化反应器换热装置，其特征在于，其包含换热式甲烷化反应器、水换热系统、惰性气体换热系统，其中，换热式甲烷化反应器的换热介质出口经第一管道与水换热系统的上升水进口连接，水换热系统的下降水出口经第二管道与换热式甲烷化反应器的换热介质进口连接，从第一管道上分出第三管道，第三管道经惰性气体换热系统后与换热式甲烷化反应器的换热介质进口连接。2.根据权利要求1所述的甲烷化反应器换热装置，其特征在于，换热式甲烷化反应器是管壳式或板壳式反应器，设有原料气进口和产品气出口，原料气进口和产品气出口之间为壳程或管程，则换热介质进口和换热介质出口之间对应为管程或壳程，原料气进口和产品气出口与反应器内的催化剂相通，催化剂装填在壳程或管程，而换热介质对应走与催化剂不同的管程或壳程。3.根据权利要求1所述的甲烷化反应器换热装置，其特征在于，所述水换热系统包括汽包，汽包的上升水进口通过第一管道与换热式甲烷化反应器管程或壳程的换热介质出口连接，汽包的下降水出口通过第二管道与换热式甲烷化反应器管程或壳程的换热介质进口连接，第一管道和第二管道上分别设置第一阀门和第二阀门。4.根据权利要求2所述的甲烷化反应器换热装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金舵，李美喜，刘雪飞，冯璐瑶，张志远，于建涛，李旭，白凯，史立杰，王凤彬，
申请(专利权)人：新地能源工程技术有限公司，
类型：新型
国别省市：