CN111678358A - 变换气直接空气冷却方法 - Google Patents

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Abstract

变换气直接空气冷却方法，将高温湿变换气直接送入空冷翅片管束，并将变换气冷凝液通过循环泵和喷水管送入每根翅片管进口，利用高速气流带来的高频湍流和水远高于变换气的导热性能，大幅提高空冷翅片管内壁的传热膜系数，进而提高变换气空气冷却效果，大大减少水资源消耗和风机电耗，保证了变换气直接采用空气冷却的效果。

Description

变换气直接空气冷却方法
技术领域
本发明属于以煤、油、天然气等为原料的能源、化工领域，特别涉及缺水地区的生产线中的CO变换气及含有饱和水蒸汽的工艺气体的冷却工艺技术与设备。
背景技术
能源化工中，无论是煤还是油或是天然气为原料生产氢气或其它化工产品，产线通常由气化，即将原料转化为富含CO+H2为主要成分的煤气；净化，即脱除对终端产品有害的成分；合成，即合成目标产品的三大工序组成；而在净化工序中通常设有设有CO变换工序，目的是为最终产品提供更多的氢气，方法是将煤气中的部分或全部CO在200-500℃的温度和催化剂作用下与水蒸汽反应：CO+H2O＝CO2+H2转化为CO2+H2；该转化后的煤气通常就称为变换气，变换气在回收其中的热量后温度降到70℃左右，还要冷却到工艺要求的常温35℃或40℃以下，才能送入下游的CO2等有害气体脱除工序。
传统的变换气的冷却办法是用30℃或以下的循环冷却水，通过列管或板翅式间壁换热器，将其冷却到工艺要求的常温；循环冷却水吸收变换气热量温度升到40℃后，送回循环水冷却塔冷却到30℃或以下，再泵送回来循环冷却。一套年产40亿m3SNG的装置，每小时变换气冷却的循环水量就达7000吨(即每m3SNG变换气循环冷却水耗量达14kg)左右。
循环水与空气直接接触冷却，即采用图1所示方式的是最广泛的，循环水温度由40℃降到30℃的开式冷却，7000t/h规模，循环水泵电耗1500kw以上，年耗电1200万kwh，尤其是年耗水资源100万吨之多，这在我国匮乏水资源的北方就显得太浪费了，且其冷却塔及循环泵系统投资至少1000元/(t.h循环水)，换算为单位冷却量投资为1000元/(42MJ.h)，即86元/(kwh冷却量)，7000t/h规模，投资在700万元以上；
循环水冷却方式采用图2所示的与空气间接接触的，循环水温度由40℃降到30℃的干湿串联闭式冷却方式，由于其中的闭式湿冷段喷水密度远大于蒸发量，导致大量的雾状水随气流进入干冷段，既造成干冷段湿热堵塞，又使节水量大大减少，实际节水只有约30％的，仅冷却塔及循环泵系统投资达2500元/(t.h循环水)，即215元/(kwh冷却量)，7000t/h规模，总投资1750万元；
循环水冷却方式采用图3和CN 108088276 A所述的节水75％的闭式循环水系统，循环水温度由40℃降到30℃的，仅冷却塔即循环泵系统投资达4500元/(t.h循环水)，即387元/(kwh冷却量)，7000t/h规模，投资更达到3150万元。由于化工尤其是大宗化工产品属于传统产业，其利润率很低，在缺水地区建设含有CO变换工序的化工生产线，迫切需要一种既能大大节约水资源消耗、又能保证冷却效果、还不增加投资成本的工艺气冷却方法及装置
将变换气直接送入空气冷却器管束，由于气体密度低，流动阻力大，再加之管内传热膜系数低，导致空冷管束投资成本增加和运行能耗增加而不经济，所以至今变换气冷却仍然只有采用水冷方式冷却。
发明内容
本发明的目的，是开发一种变换气冷却的全年水资源耗量减少90％，水泵风机电耗更少，投资比现有闭式冷却更低、设备数量更少的变换气冷却工艺方法与装置。
具体发明内容如下：
变换气直接空气冷却方法，其特征在于：
将要冷却的高温湿变换气(1)直接进入空冷器，并在变换气进入空冷管束的每一根翅片管的入口，喷入高温湿变换气质量的3～10％的液态水(2B)，利用变换气在管内高速流动形成的湍流，将将液态水雾化、加热并推向管壁，在整根翅片管内的管壁上形成水膜，水膜又被高速气流撕裂、裹挟、飞进气相，再从气相撞向管壁，这种高速气流对液态水膜的高频湍动作用，不仅大大加快了变换气热量向液态水膜的传递，还将由于水的导热系数大于变换气十倍以上，从而使整个管内壁的传热热阻数倍降低，进而使整个翅片管束的传热系数大大提高；同时还由于高速气流对液态水膜的高频湍动作用，还将对管内壁污垢有良好的洗涤清除作用，从而使管内的传热一直保持良好的性能。
出空冷管束(3)含有雾状水的常温变换气进入气液分离器(8)，分出水分后常温变换气(9)从顶部流向后续工序；分离出来的液态水从底部出来，经循环水泵(13)加压后再次送入空冷器，经喷水管(2A)再次喷入翅片管(3A)内循环使用；高温湿变换气中的水蒸汽经空冷器冷凝后导致气液分离器液位上升，通过DCS液位控制，经冷凝水排出管线(16)利用其压力自动排出气液分离器。
循环水泵的扬程15±10米，在变换气压力≥1.0MPa时，采用磁力驱动泵，以防止轴封泄漏，提高其可靠性；空冷管束安装方式：翅片管轴线可与重力任意角度安装；
变换气直接空气冷却方法除用于变换气冷却外，还可用于其它气体冷却；
本发明的冷却空气的驱动力除电力风机外，还可以通过设置风筒，利用热空气产生的抽力进行自然通风、或机械通风+自然通风的混合通风，以节省风机电耗；
冷却变换气的管束可以是单程管束，还可以是两程或以上管束，每程管束的进口根据需要设置喷水装置，每程管束出口管箱内的积水，设置管线使之流入气液分离器；
为了保证夏季高温时段，变换气直接空气冷却后达到30～40℃的工艺指标，可在进入空冷器冷却空气中喷入水雾，利用等焓降温原理，对进入空冷器前的冷却空气进行喷雾增湿降温预冷，在我国缺水的北方地区，由于空气湿度很低，可使空冷器温度降低10℃，甚至更高；
为了节省夏季冷却空气预冷的水耗，对进入风机I、风机II、风机III、风机IV的冷却空气喷雾增湿预冷后的相对湿度依次为＞100％、＜100％、＜70％、＜50％。
冬季气低温时段，可停下循环水泵、或部分乃至全部空冷风机，用冷却空气在空冷器中自然对流换热来冷却变换气。
采用本发明具有以下积极效果：
由于变换气直接进入空冷管束，直接与冷却空气换热，省掉了热量转移介质循环水系统，简化了变换气冷却工艺；
节省了冷却循环水的专用设施：循环水管路、循环水泵、凉水塔(或循环水空冷器)的占地和投资成本；
因为本发明中的循环水量只有图1～图3所示开式循环水量的3％，且扬程只有其55米的50％，所以省掉了98％的循环水泵的能源消耗和能源成本费用；
由于70℃左右的变换气在空冷管束中直接与冷却空气换热，大大提高了传热平均温差，可以实现在我国富煤缺水的北方气温≤25℃的全年7600小时，占全年8760小时的86.7％的时间不需对冷却空气进行喷雾增湿降温，保证了实现节水90％的目的；
附图说明
图1为现行传统的循环水温差度为10℃(30-40℃)，投资86元/(kwh冷却量)开式冷却工艺流程及主要设备结构简图。
图2为现行循环水温差度为10℃(30-40℃)，投资172元/(kwh冷却量)的，干湿串联闭式循环水冷却工艺流程及主要设备结构简图。
图3为CN 108088276 A所述的节水75％，循环水温差度为10℃(30-40℃)，投资387元/(kwh冷却量)的，等焓降温闭式循环水冷却工艺流程及主要设备结构简图；
图4为本发明所述的变换气直接空气冷却工艺流程及主要设备结构简图。
图5为本发明所述的变换气直接空气冷却两管程空冷器工艺流程及主要设备结构简图；
图6为空冷器进口管箱内喷水管安装方式说明图
图中：
1.已回收热量后，需要冷却的含饱和水蒸汽的高温湿变换气及管线；
2.空冷器进气侧管箱；
2A.进气侧管箱内的喷水管；
2B.喷水管喷出并进入翅片管内的液态水；
2C.两程多程管束的第一程进气管箱；
3.翅片管束；
3A.翅片管；
4.百叶窗；
5.翅片管内气流方向；
6.常温变换气及管线；
6A.变换气折流管箱
6B.U形管，目的是防止(6A)中未完全冷却的变换气流进气液分离器；
7.常温循环水及管线；
7A.含有液态水的常温变换气及进入气液分离器管线；
8.气液分离器；
9.冷却合格的常温变换气及管线；
10.管箱积液流出管线；
11.循环泵进液及管线；
12.夏季高温时段用于等焓降温取水接管，利用管内0.8～7MPa压力，直接将变换气冷凝液喷入冷却空气中，以保证空冷后的变换气温度达到工艺指标；
13.循环水泵；
14.止回阀；
14A.第一程管束进口喷水阀；
14B.第二程空冷管束进口喷水阀；
15.第二程空冷管束喷水循环管线；
15A.第一程空冷管束喷水循环管线；
16.正常运行时变换气冷凝水排出管线，开车补水加入管线；
17.风机I，高温时段等焓降温喷雾后空气相对湿度＞100％；
18.风机II，高温时段等焓降温喷雾后空气相对湿度＜100％；
19.风机III，高温时段等焓降温喷雾后空气相对湿度＜70％；
20.风机IV，高温时段等焓降温喷雾后空气相对湿度＜50％。
具体实施方式
地处缺水地区某煤化工生产线海拔1300米，露点温度23℃，来自软水预热器的高温变换气186000Nm3/h，绝对压力6.5MPa，温度70℃，比热容0.35kcal/Nm3℃，其中饱和水蒸汽含量与干变换气体积比为100∶0.7，冷却降温到≤40℃。高温湿变换气释放热量：2383000千卡/h。
空冷器采用单管程，阻力降≤0.02MPa，迎风面积54m2，风速2.5m/s，风机电耗22kw，循环水泵扬程20m，循环水量8吨/小时，电耗1.0kw；因变换气压力较高，为防止轴封泄漏，采用磁力驱动屏蔽泵。
夏季高温时段气温≥25℃全年总计1202小时，才进入空冷器的的冷却空气进行喷雾增湿等焓降温至25℃，25℃以上各温度小时数hr和喷雾水量t/年如下表所示
Figure BSA0000209262440000051
25℃以下，全年7558小时干空冷，不喷雾，不耗水，每年只有气温≥25℃的1202小时才喷雾，每年喷雾量768吨，比目前的开式循环水冷却工艺年耗水32000吨，减少水耗31232吨，节水率97.6％。

Claims (9)

1.变换气直接空气冷却方法，其特征在于：将要冷却的高温湿变换气(1)直接进入空冷器，并在变换气进入空冷管束的每一根翅片管的入口，喷入高温湿变换气质量的3～10％的液态水(2B)，利用变换气在管内高速流动形成的湍流，将将液态水雾化、加热并推向管壁，在整根翅片管内的管壁上形成水膜，水膜又被高速气流撕裂、裹挟、飞进气相，再从气相撞向管壁，这种高速气流对液态水膜的高频湍动作用，不仅大大加快了变换气热量向液态水膜的传递，还将由于水的导热系数大于变换气十倍以上，从而使整个管内壁的传热热阻数倍降低，进而使整个翅片管束的传热系数大大提高；同时还由于高速气流对液态水膜的高频湍动作用，还将对管内壁污垢有良好的洗涤清除作用，从而使管内的传热一直保持良好的性能。
出空冷管束(3)含有雾状水的常温变换气进入气液分离器(8)，分出水分后常温变换气(9)从顶部流向后续工序；分离出来的液态水从底部出来，经循环水泵(13)加压后再次送入空冷器，经喷水管(2A)再次喷入翅片管(3A)内循环使用；高温湿变换气中的水蒸汽经空冷器冷凝后导致气液分离器(8)液位上升，通过DCS液位控制，经冷凝水排出管线(16)利用其压力自动排出气液分离器。
2.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，循环水泵的扬程15±10米，在变换气压力≥1.0MPa时，采用磁力驱动泵，以防止轴封泄漏。
3.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，空冷管束安装，其翅片管轴线可与重力任意角度安装。
4.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，变换气直接空气冷却方法除用于变换气冷却外，还可用于其它气体冷却。
5.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，本发明的冷却空气的驱动力除电力风机外，还可以通过设置风筒，利用热空气产生的抽力进行自然通风、或机械通风+自然通风的混合通风，以节省风机电耗。
6.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，冷却变换气的管束可以是单程管束，还可以是两程或以上管束，每程管束的进口根据需要设置喷水装置，每程管束出口管箱内的积水，设置管线使之流入气液分离器。
7.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，为了保证夏季高温时段，变换气直接空气冷却后达到30～40℃的工艺指标，可在进入空冷器冷却空气中喷入水雾，利用等焓降温原理，对进入空冷器前的冷却空气进行喷雾增湿降温预冷。
8.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，进入风机I、风机II、风机III、风机IV的冷却空气喷雾增湿预冷后的相对湿度依次为＞100％、＜100％、＜70％、＜50％。
9.根据权利要求1所述的变换气直接空气冷却方法，其特征在于，冬季气低温时段，可停下循环水泵、或部分乃至全部空冷风机，用冷却空气在空冷管束中自然对流换热来冷却变换气。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201532133U (zh) * 2009-07-31 2010-07-21 赵旸 一种舌簧翅片管高效空冷器
CN204371602U (zh) * 2014-12-22 2015-06-03 四川省简阳空冷器制造有限公司 两侧立置式空冷器
CN206772097U (zh) * 2017-05-10 2017-12-19 神华集团有限责任公司 空冷装置
CN207066188U (zh) * 2017-06-20 2018-03-02 武汉康格瑞环保科技有限公司 一种用于天然气的空冷器
CN208333164U (zh) * 2018-05-31 2019-01-04 四川省简阳空冷器制造有限公司 一种管程一体化空冷器翅片管
CN110174007A (zh) * 2019-04-29 2019-08-27 平顶山天安煤业股份有限公司 一种湍流型空气冷却器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201532133U (zh) * 2009-07-31 2010-07-21 赵旸 一种舌簧翅片管高效空冷器
CN204371602U (zh) * 2014-12-22 2015-06-03 四川省简阳空冷器制造有限公司 两侧立置式空冷器
CN206772097U (zh) * 2017-05-10 2017-12-19 神华集团有限责任公司 空冷装置
CN207066188U (zh) * 2017-06-20 2018-03-02 武汉康格瑞环保科技有限公司 一种用于天然气的空冷器
CN208333164U (zh) * 2018-05-31 2019-01-04 四川省简阳空冷器制造有限公司 一种管程一体化空冷器翅片管
CN110174007A (zh) * 2019-04-29 2019-08-27 平顶山天安煤业股份有限公司 一种湍流型空气冷却器

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