CN109399563B - 大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法，将煤气和氧气分别预热后送入一部分转化炉内在1200～1500℃的高温下反应，出部分转化炉的第一产品合成气首先进入两台并联操作的废热锅炉产生饱和蒸汽；离开两台废热锅炉的第二产品合成气进入蒸汽过热器继续热量回收，出蒸汽过热器的第三产品合成气经过进一步热量回收后送水洗塔进行洗涤脱氨脱硫，然后作为产品转化气送出界区；来自两台并联操作的废热锅炉的饱和蒸汽送入所述蒸汽过热器被过热至过热蒸汽后送过热蒸汽管网。本发明还公开了一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化装置。本发明充分利用其高温反应的特点副产高经济价值的过热蒸汽。
Description
技术领域
本发明涉及以天然气、焦炉气、荒煤气、炼厂气、气化炉煤气，工艺尾气或者其他富含甲烷、乙烷等烃类的气体为原料，制取氢气和一氧化碳的混合气体，生产聚氨酯(TDI,MDI,PC,PE等)、合成油、乙二醇、甲醇和合成氨等化工领域，特别涉及一种以气态烃为原料，以空气、富氧空气或纯氧为氧化剂，大中型副产高温过热蒸汽的非催化部分氧化(POX)方法及装置。
背景技术
合成气(CO+H2)作为重要的化工原料，在化学工业领域中，主要用来聚氨酯(TDI,MDI,PC,PE等)、油、乙二醇、合成氨、液体燃料、甲醇、醚类和化肥等一系列重要的化学产品，因此对合成气有大量的需求，这也导致对更大产能转化炉的工业需求。
在气态烃转化制备合成气的工艺中，非催化部分氧化技术(POX)作为其中一种，在国内合成气转化领域将越来越重要。传统的非催化部分氧化技术已有多个工业装置可靠运行，但还存在一定的不足：
1.转化炉出口工艺气温度高达1200-1500℃，合成气出口管道运行条件苛刻，无法通过外加热旁路控温阀的常规手段调节废锅出口温度。
2.因为立式盘管废热锅炉本身的结构限制，无法通过增设中心管旁路的手段控制温度，因此传统的非催化部分氧化技术只能副产饱和蒸汽，无法副产过热蒸汽作为动力蒸汽使用。
3.非催化部分氧化POX工艺通常在中低压操作，因此规模增加后废热锅炉尺寸庞大，单台设备无法国产化，进口设备价格昂贵成本极高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于针对传统的非催化部分氧化技术只能副产饱和蒸汽，无法副产过热蒸汽作为动力蒸汽使用的问题而提供一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法。
本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种实现上述大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法的装置。
作为本发明第一方面的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法，将煤气和氧气分别预热后送入一部分转化炉内在1200～1500℃的高温下反应，由于转化炉内温度很高，将煤气中含有的杂质如有机硫等烧成无机硫，将煤气中的长链烷烃、芳香烃、焦油等烧成水、二氧化碳、一氧化碳、氢气，将煤气中的HCN、氨等烧成H2及氮气，该装置起到净化煤气的作用。出部分转化炉的第一产品合成气首先进入两台并联操作的废热锅炉产生饱和蒸汽；离开两台废热锅炉的第二产品合成气进入蒸汽过热器继续热量回收，出蒸汽过热器的第三产品合成气经过进一步热量回收后送水洗塔进行洗涤脱氨脱炭黑，然后作为产品转化气送出界区；来自两台并联操作的废热锅炉的饱和蒸汽送入所述蒸汽过热器被过热至过热蒸汽后送过热蒸汽管网。
在本发明的一个优选实施例中，所述过热蒸汽的温度通过设置在两台废热锅炉的第二产品合成气输送管线上的温度调节阀来控制。
在本发明的一个优选实施例中，所述出蒸汽过热器的第三产品合成气通过一热量回收器进行进一步热量回收。
在本发明的一个优选实施例中，所述水洗塔采用脱盐水来洗涤第三产品合成气中的微量氨或微量炭黑。
在本发明的一个优选实施例中，所述煤气为荒煤气。
作为本发明第二方面的大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化装置，包括一部分转化炉、两台废热锅炉、一台蒸汽过热器，两台废热锅炉分为第一废热锅炉和第二废热锅炉；所述部分转化炉的煤气入口和氧气入口分别通过煤气输送管线和氧气输送管线连接煤气管网和空分；所述部分转化炉的产品合成气出口连接两路第一产品合成气输送管线，一路第一产品合成气输送管线与第一废热锅炉的第一产品合成气入口连接，另一路第一产品合成气输送管线与第二废热锅炉的第一产品合成气入口连接；第一废热锅炉上的第二产品合成气出口和第二废热锅炉上的第二产品合成气出口分别连接两路第二产品合成气输送管线，两路第二产品合成气输送管线合并后与所述蒸汽过热器的第二产品合成气入口连接；第一废热锅炉上的饱和蒸汽出口和第二废热锅炉上的饱和蒸汽出口分别连接两路饱和蒸汽输送管线，两路饱和蒸汽输送管线合并后连接所述蒸汽过热器的饱和蒸汽入口，所述蒸汽过热器的过热蒸汽出口通过过热蒸汽输送管线连接过热蒸汽管网。
在本发明的一个优选实施例中，在两路第二产品合成气输送管线上分别串联有一温度调节阀，两个温度调节阀的控制信号来自串联在所述过热蒸汽输送管线上的温度传感器。
在本发明的一个优选实施例中，在所述煤气输送管线和氧气输送管线上分别串联有煤气预热器和氧气预热器。
在本发明的一个优选实施例中，还包括一热量回收器和一水洗塔，所述蒸汽过热器上设置有第三产品合成气出口，所述热量回收器上设置有第三产品合成入口和第四产品合成气出口，所述水洗塔上设置有脱盐水入口、第四产品合成气入口、转化气出口、冷凝液出口；所述热量回收器的第三产品合成气入口与所述蒸汽过热器上的第三产品合成气出口通过第三产品合成气输送管线连接；所述热量回收期上的第四产品合成气出口通过第四产品合成气输送管线与所述水洗塔上的第四产品合成气出口连接，所述水洗塔上的脱盐水入口通过脱盐水输送管线与脱盐水制取装置连接，所述水洗塔上的转化气出口通过转化气输送管线与PSA装置连接，所述水洗塔的冷凝液出口通过第一冷凝液输送管线和循环泵连接到冷凝器的入口，所述冷凝器的出口连接一路冷凝器循环管线的一端和一路冷凝液输出管线一端，所述一路冷凝器循环管线的另一端与所述脱盐水输送管线连接，一路冷凝液输出管线另一端将冷凝液送出界区。
由于采用了如上的技术方案，本发明是采用一台转化炉配置两台并联废热锅炉的“一推二”方案来解决此问题。首先，通过设置两台并联废热锅炉可以将单台设备的尺寸大幅度降低，从而满足国产化的能力要求；其次，因为设置了两台废热锅炉，可以在废热锅炉出口的两路第二产品合成气输送管线上设置温度调节阀调节换热面积和余量，从而可以灵活的调节废锅出口温度，进而保证蒸汽过热温度在200～550℃之间根据需要灵活控制。副产蒸汽可以作为动力蒸汽驱动透平，从而有效的提高装置的节能效果和经济性能。
本发明采用的废热锅炉和蒸汽过热器型式在气化装置、合成氨装置上有多个可靠运行业绩，性能可靠，设备的投资费用和操作费用在国产化后都很低。
本发明使采用非催化部分氧化(POX)造气技术制取氢气和一氧化碳合成气或氢气用于聚氨酯、天然气制油、乙二醇等装置的工艺过程更经济合理，充分利用其高温反应的特点副产高经济价值的过热蒸汽，同时又克服中大规模POX工艺大型关键设备条件苛刻无法国产化，需要进口，投资昂贵等问题。
与现有技术相比，采用本发明工艺流程的工艺具有如下优点：
1.设备尺寸大幅度减小，可以实现大规模POX工艺关键设备国产化
在中大规模的POX工艺中，废热锅炉的尺寸急剧增加，考虑的非催化部分氧化工艺出口要求反应平衡温度高达1200～1500℃，对管道和设备的要求非常苛刻。对于传统的POX工艺，废锅尺寸过大后，无法实现关键设备核心技术的国产化，因此需要付出高昂的专利费用去采购国外制造商的设备，这不仅会显著的增加装置的投资，还面临供货周期过长，制造风险高，后期服务困难等问题。采用新的工艺，国内制造商掌握整个设备的核心技术诀窍，设备建造费用可以大幅度降低。供货周期也显著降低，同时两台小尺寸设备制造的可靠性也更高，后期服务也方便迅速，对工厂的良好操作有明显的帮助。
2.可副产高温过热蒸汽，提高装置经济效益
采用本发明提供的非催化部分氧化工艺在废热锅炉出口的低温工艺管线上增设温度控制阀，可以从50％到100％的范围内调节废热锅炉的换热面积，从而控制废热锅炉的移热负荷，保证下游的蒸汽过热器有足够的热量副产过热蒸汽。副产的高压或中压过热蒸汽可以用来驱动透平做动力蒸汽用。本发明克服了传统工艺只能副产低价值饱和蒸汽，而无法产生高价值过热蒸汽的缺点，显著的提高了装置的经济性能。
本发明以气态烃为原料，纯氧(或空气、富氧)和蒸汽为氧化剂/气化剂，纯氧非催化部分氧化(POX)造气，POX转化炉内化学反应温度达1200～1500 ℃。两台并联的废热锅炉下游工艺管线设置控温阀，蒸汽过热器副产过热蒸汽。然后继续进行低温位热回收，满足规格的产品合成气送出界区。
本发明具有如下特点：
1.采用采用一台POX转化炉配两台并联操作废热锅炉。
2.在两台并联操作的废热锅炉出口工艺气管线上设置温度调节阀以调节副产过热蒸汽的温度，或调节工艺气进蒸汽过热器的温度。
3.两台废热锅炉出口工艺气经温控阀调温后混合送蒸汽过热器，将废热锅炉产生的饱和蒸汽过热到需要的温度。
采用本发明副产高温过热蒸汽的非催化部分氧化(POX)工艺过程，设备可靠性获得进一步提高，装置可副产高价值的过热蒸汽，提高了全流程的节能效果和经济性能：
1.采用本发明，原操作苛刻、尺寸庞大的单台废热锅炉可以改为两台并联运行的小废热锅炉，两台废热锅炉可以互为备用，在设备发生问题时，可低负荷运行，大大提高了装置可操作性。
2.采用本发明，装置所需的废热锅炉尺寸减小，可以实现国产化，不用支付高昂的专利费用，显著降低装置投资。
3.采用本发明，通过在废锅出口增设温控阀，可以灵活的控制废锅换热量，从而保证稳定产出温度合格的高价值过热蒸汽，显著提高装置的经济性能。
4.采用本发明，可以调节通过每台废热锅炉的气量，从而在不停车的情况下完成对单台废热锅炉的吹扫，保证装置不会因积碳停车，显著提升装置的运转周期。
附图说明
图1为本发明的大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化装置的原理示意图。
具体实施方式
参见图1，图中所示的大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化装置，包括一部分转化炉R1、两台废热锅炉E1A、E1B、一台蒸汽过热器E2、热量回收器 E3和一水洗塔C1。
部分转化炉R1的煤气入口R1A和氧气入口R1B分别通过煤气输送管线01 和氧气输送管线02连接煤气管网10和空分20；在煤气输送管线01和氧气输送管线02上分别串联有煤气预热器01A和氧气预热器02A。
部分转化炉R1的产品合成气出口R1C连接两路第一产品合成气输送管线 03、04，一路第一产品合成气输送管线03与废热锅炉E1A的第一产品合成气入口A1连接，另一路第一产品合成气输送管线04与废热锅炉E1B的第一产品合成气入口B1连接；废热锅炉E1A、E1B上的第二产品合成气出口A2、B2 分别连接两路第二产品合成气输送管线05、06，两路第二产品合成气输送管线05、06合并后与蒸汽过热器E2的第二产品合成气入口E21连接；废热锅炉E1A、E1B上的饱和蒸汽出口A3、B3分别连接两路饱和蒸汽输送管线07、 08，两路饱和蒸汽输送管线07、08合并后连接蒸汽过热器E2的饱和蒸汽入口E22，蒸汽过热器E2的过热蒸汽出口E23通过过热蒸汽输送管线09连接过热蒸汽管网30。
热量回收器E3的第三产品合成气入口E31与蒸汽过热器E2上的第三产品合成气出口E24通过第三产品合成气输送管线01a连接；热量回收器E3上的第四产品合成气出口E32通过第四产品合成气输送管线02a与水洗塔C1上的第四产品合成气出口C11连接，水洗塔C1上的脱盐水入口C12通过脱盐水输送管线03a与脱盐水制取装置40连接，水洗塔C1上的转化气出口C13通过转化气输送管线04a与PSA装置50连接，水洗塔C1的冷凝液出口C14通过第一冷凝液输送管线05a和循环泵P1连接到冷凝器E4的入口E41，冷凝器 E4的出口E42连接一路冷凝器循环管线06a的一端和一路冷凝液输出管线07a 一端，一路冷凝器循环管线06a的另一端与脱盐水输送管线03a连接，一路冷凝液输出管线07a另一端将冷凝液送出界区60。
在两路第二产品合成气输送管线05、06上分别串联有一温度调节阀F1、 F2，两个温度调节阀F1、F2的控制信号来自串联在过热蒸汽输送管线09上的温度传感器TC。
下面以荒煤气制乙二醇为目的的装置为例，结合图1来详细说明本发明的大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化的工艺流程。
采用荒煤气为原料，以氧气作为气化剂。来自界外的荒煤气和氧气分别经煤气预热器01A和氧气预热器02A预热后送入非催化部分转化炉R1的烧嘴并在高达1200～1500℃的高温下反应。出部分转化炉R1的第一产品合成气首先进入两台并联操作的废热锅炉E1A、E1B产生饱和蒸汽。经过温度控制阀F1、 F2离开废热锅炉E1A、E1B的第二产品合成气进入蒸汽过热器E2继续热量回收，出蒸汽过热器E2的第三产品合成气经进一步热量回收后送水洗塔C1洗涤脱氨脱炭黑，然后作为产品转化气送出界区。C1采用来自界外的脱盐水来洗涤合成气中的微量氨或者炭黑。来自两台并联操作的废热锅炉E1A、E1B产生的饱和蒸汽送入蒸汽过热器E2被过热到合格的温度后送过热蒸汽管网。过热蒸汽的温度通过设置在两路第二产品合成气输送管线05、06上分别串联有一温度调节阀F1、F2来控制。
经本发明所阐述的流程处理后，产品合成气送下游工段作为中间原料；本流程副产了20Barg-100barg,200℃-550℃的过热蒸汽以驱动蒸汽透平用。
由于转化炉内温度很高，将煤气中含有的杂质如有机硫等烧成无机硫，将煤气中的长链烷烃、芳香烃、焦油等烧成水、二氧化碳、一氧化碳、氢气，将煤气中的HCN、氨等烧成H2及氮气，该装置起到净化煤气的作用。
Claims (8)
1.一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法，将煤气和氧气分别预热后送入一部分转化炉内在1200～1500℃的高温下反应，出部分转化炉的第一产品合成气首先进入两台并联操作的废热锅炉产生饱和蒸汽；离开两台废热锅炉的第二产品合成气进入蒸汽过热器继续热量回收，出蒸汽过热器的第三产品合成气经过进一步热量回收后送水洗塔进行洗涤脱氨脱炭黑，然后作为产品转化气送出界区；来自两台并联操作的废热锅炉的饱和蒸汽送入所述蒸汽过热器被过热至过热蒸汽后送过热蒸汽管网。
2.如权利要求1所述的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法,其特征在于,所述过热蒸汽的温度通过设置在两台废热锅炉的第二产品合成气输送管线上的温度调节阀来控制。
3.如权利要求1所述的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法,其特征在于,所述出蒸汽过热器的第三产品合成气通过一热量回收器进行进一步热量回收。
4.如权利要求1所述的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法,其特征在于,所述水洗塔采用脱盐水来洗涤第三产品合成气中的微量氨或微量炭黑。
5.如权利要求1所述的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化方法,其特征在于,所述煤气为天然气、焦炉气、荒煤气、炼厂气、气化炉煤气，工艺尾气或者其他富含甲烷、乙烷等烃类的气体为原料。
6.一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化装置，其特征在于,包括一部分转化炉、两台废热锅炉、一台蒸汽过热器，两台废热锅炉分为第一废热锅炉和第二废热锅炉；所述部分转化炉的煤气入口和氧气入口分别通过煤气输送管线和氧气输送管线连接煤气管网和空分；所述部分转化炉的产品合成气出口连接两路第一产品合成气输送管线，一路第一产品合成气输送管线与第一废热锅炉的第一产品合成气入口连接，另一路第一产品合成气输送管线与第二废热锅炉的第一产品合成气入口连接；第一废热锅炉上的第二产品合成气出口和第二废热锅炉上的第二产品合成气出口分别连接两路第二产品合成气输送管线，两路第二产品合成气输送管线合并后与所述蒸汽过热器的第二产品合成气入口连接；第一废热锅炉上的饱和蒸汽出口和第二废热锅炉上的饱和蒸汽出口分别连接两路饱和蒸汽输送管线，两路饱和蒸汽输送管线合并后连接所述蒸汽过热器的饱和蒸汽入口，所述蒸汽过热器的过热蒸汽出口通过过热蒸汽输送管线连接过热蒸汽管网。
7.如权利要求6所述的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化装置，其特征在于,在两路第二产品合成气输送管线上分别串联有一温度调节阀，两个温度调节阀的控制信号来自串联在所述过热蒸汽输送管线上的温度传感器。
8.如权利要求6所述的一种大中型副产过热蒸汽的非催化部分氧化装置，其特征在于,还包括一热量回收器和一水洗塔，所述蒸汽过热器上设置有第三产品合成气出口，所述热量回收器上设置有第三产品合成入口和第四产品合成气出口，所述水洗塔上设置有脱盐水入口、第四产品合成气入口、转化气出口、冷凝液出口；所述热量回收器的第三产品合成气入口与所述蒸汽过热器上的第三产品合成气出口通过第三产品合成气输送管线连接；所述热量回收期上的第四产品合成气出口通过第四产品合成气输送管线与所述水洗塔上的第四产品合成气出口连接，所述水洗塔上的脱盐水入口通过脱盐水输送管线与脱盐水制取装置连接，所述水洗塔上的转化气出口通过转化气输送管线与PSA装置连接，所述水洗塔的冷凝液出口通过第一冷凝液输送管线和循环泵连接到冷凝器的入口，所述冷凝器的出口连接一路冷凝器循环管线的一端和一路冷凝液输出管线一端，所述一路冷凝器循环管线的另一端与所述脱盐水输送管线连接，一路冷凝液输出管线另一端将冷凝液送出界区。
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