CN113086947A - 一种高浓度co原料气的等温串联绝热的变换系统 - Google Patents

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许世森
刘沅
陈智
刘刚
李小宇
李明亮
袁悦
侯一凡
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Abstract

本发明公开了一种高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，高浓度CO原料气管道的出口与分水器的入口相连通，分水器的气体出口与脱毒槽的入口相连通，脱毒槽的出口与预热器的吸热侧入口相连通，预热器的吸热侧出口与中压蒸汽管道的出口及汽包的蒸汽出口通过管道并管后与等温变换炉的入口相连通，等温变换炉的变换气出口与预热器的放热侧入口相连通，预热器的放热侧出口与增湿器的入口相连通，增湿器的出口与绝热变换炉的入口相连通；锅炉给水管道的出口与汽包的入口及增湿器的入口相连通，汽包的出水口与等温变换炉中移热管的入口相连通，等温变换炉中移热管的出口与汽包的入口相连通，该系统能够有效的发生超温及飞温的现象。

Description

一种高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统
技术领域
本发明属于煤气化领域，涉及一种高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统。
背景技术
变换炉是煤气化系统中的重要设备，传统绝热变换一变炉易发生超温及飞温的现象，从而造成变换催化剂失效。对于变换反应，每变换1％的CO，床层的温升为8～10℃，对于干煤粉气化生产的合成气，CO浓度较高，一变炉的进口CO含量高达55％以上，在低负荷及开车工况，极易发生超温问题，一旦床层超温，则会进一步引发甲烷化反应，引发飞温问题，易烧掉变换催化剂，同时有可能带来设备安全事故。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，该系统能够有效的发生超温及飞温的现象。
为达到上述目的，本发明所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统包括高浓度CO原料气管道、分水器、脱毒槽、预热器、中压蒸汽管道、等温变换炉、增湿器、绝热变换炉及锅炉给水管道；
高浓度CO原料气管道的出口与分水器的入口相连通，分水器的气体出口与脱毒槽的入口相连通，脱毒槽的出口与预热器的吸热侧入口相连通，预热器的吸热侧出口与中压蒸汽管道的出口及汽包的蒸汽出口通过管道并管后与等温变换炉的入口相连通，等温变换炉的变换气出口与预热器的放热侧入口相连通，预热器的放热侧出口与增湿器的入口相连通，增湿器的出口与绝热变换炉的入口相连通；
锅炉给水管道的出口与汽包的入口及增湿器的入口相连通，汽包的出水口与等温变换炉中移热管的入口相连通，等温变换炉中移热管的出口与汽包的入口相连通。
还包括放空管道，其中，放空管道上设置有放空阀，放空管道与中压蒸汽管道及汽包的蒸汽出口相连通。
还包括火炬，其中，火炬的入口与等温变换炉的变换气出口相连通，火炬的入口处设置有控制阀。
还包括排水管道，所述排水管道与汽包底部的排水口相连通，排水管道上设置有排水阀。
汽包的出水口经循环泵与等温变换炉中移热管的入口相连通。
中压蒸汽管道上设置有第一调节阀。
汽包的蒸汽出口处设置有第二调节阀。
移热管埋设于等温变换炉中的催化剂床层内。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统在具体操作时，先将高浓度CO原料气经分水及脱毒处理后，进入到预热器进行预热，再与蒸汽进行混合后进入到等温变换炉中进行变换，以降低CO的浓度，等温变换炉产生的变换气经降温及增湿后进入到绝热变换炉中进行变换，因此进入到绝热变换炉中的CO浓度较低，从而避免绝热变换一变炉容易超温、飞温的现象，提高变换催化剂的寿命，操作方便、简单，实用性极强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为分水器、2为脱毒槽、3为预热器、4为等温变换炉、41为壳体、42为移热管、5为汽包、6为循环泵、7为增湿器、8为绝热变换炉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统包括高浓度CO原料气管道、分水器1、脱毒槽2、预热器3、中压蒸汽管道、等温变换炉4、增湿器7、绝热变换炉8及锅炉给水管道；高浓度CO原料气管道的出口与分水器1的入口相连通，分水器1的气体出口与脱毒槽2的入口相连通，脱毒槽2的出口与预热器3的吸热侧入口相连通，预热器3的吸热侧出口与中压蒸汽管道的出口及汽包5的蒸汽出口通过管道并管后与等温变换炉4的入口相连通，等温变换炉4的变换气出口与预热器3的放热侧入口相连通，预热器3的放热侧出口与增湿器7的入口相连通，增湿器7的出口与绝热变换炉8的入口相连通；锅炉给水管道的出口与汽包5的入口及增湿器7的入口相连通，汽包5的出水口与等温变换炉4中移热管42的入口相连通，等温变换炉4中移热管42的出口与汽包5的入口相连通，移热管42埋设于等温变换炉4中的催化剂床层内。
进一步，还包括放空管道，其中，放空管道上设置有放空阀，放空管道与中压蒸汽管道及汽包5的蒸汽出口相连通。
进一步，还包括火炬，其中，火炬的入口与等温变换炉4的变换气出口相连通，火炬的入口处设置有控制阀。
进一步，还包括排水管道，所述排水管道与汽包5底部的排水口相连通，排水管道上设置有排水阀。
进一步，汽包5的出水口经循环泵6与等温变换炉4中移热管42的入口相连通。
进一步，中压蒸汽管道上设置有第一调节阀；汽包5的蒸汽出口处设置有第二调节阀。
本发明的工作原理为：
高浓度CO原料气进入分水器1中进行水分分离，再进入到脱毒槽2中脱出重金属及氧化物，然后进入到预热器3中被等温变换炉4输出的高温变换气加热，再与汽包5输出的蒸汽及中压蒸汽管道输出的蒸汽混合，最后再进入等温变换炉4中发生变换反应，以产出变换气；变换反应过程中放出的热通过移热管42及循环泵6转移至汽包5中，以形成循环回路副产中压饱和蒸汽。变换气在预热器3中换热降温后再进入到增湿器7中增湿，然后进入到绝热变换炉8中进行变换，深度变换后的变换气送出届区。
本发明采用等温变换串连绝热变换工艺流程，具有以下几方面的特点：
1)副产高压蒸汽产量多：由于等温变换炉4出口处的温度低，CO转化率高，因此可以在反应器内部多副产高压蒸汽，热量回收效果好，且高压蒸汽可自用。
2)流程简单：采用等温变换，取代传统绝热变换炉、喷水增湿器以及设备间的管道、管件、调节阀组，与传统变换工艺相比，工艺流程短；
3)操作方便、安全性高、易操作：采用等温变换，将传统变换工艺中的变换炉及喷水增湿器组合到一起，将移热管42直接埋在催化剂床层中，利用饱和水蒸汽温度与压力一一对应的特点，通过控制副产蒸汽的压力来调节催化剂床层的温度，操作简单、可靠，只需保证移热管42内不缺水，催化剂床层的温度均能有效控制，杜绝“超温”、“飞温”事故发生，整个系统仅有“一个”控制点，操作简单，稳定安全。
4)运行能耗低：采用等温变换工艺后，运行能耗低，主要体现在以下两个方面，一是系统流程的缩短，二是催化剂均处于低温状态下运行，热衰退情况大大缓解，催化剂使用寿命可延长。
5)热量回收率高，节能效果好：等温变换利用脱盐水将低品位热能转化为3.5MPaG高品位饱和蒸汽自用，降低运行费用。
6)操作弹性大：传统的绝热工艺，对于高CO的气体，操作弹性很小，尤其是处于低负荷状态下，前段极易出现“飞温”现象，而增加负荷时又会出现转化率不足的情况，这是绝热工艺无法解决的问题，而对于等温变换来说，由于反应热量能被及时移出催化剂床层，不存在超温的问题，因此对各种负荷均有良好的适应性。

Claims (8)

1.一种高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，包括高浓度CO原料气管道、分水器(1)、脱毒槽(2)、预热器(3)、中压蒸汽管道、等温变换炉(4)、增湿器(7)、绝热变换炉(8)及锅炉给水管道；
高浓度CO原料气管道的出口与分水器(1)的入口相连通，分水器(1)的气体出口与脱毒槽(2)的入口相连通，脱毒槽(2)的出口与预热器(3)的吸热侧入口相连通，预热器(3)的吸热侧出口与中压蒸汽管道的出口及汽包(5)的蒸汽出口通过管道并管后与等温变换炉(4)的入口相连通，等温变换炉(4)的变换气出口与预热器(3)的放热侧入口相连通，预热器(3)的放热侧出口与增湿器(7)的入口相连通，增湿器(7)的出口与绝热变换炉(8)的入口相连通；
锅炉给水管道的出口与汽包(5)的入口及增湿器(7)的入口相连通，汽包(5)的出水口与等温变换炉(4)中移热管(42)的入口相连通，等温变换炉(4)中移热管(42)的出口与汽包(5)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，还包括放空管道，其中，放空管道上设置有放空阀，放空管道与中压蒸汽管道及汽包(5)的蒸汽出口相连通。
3.根据权利要求1所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，还包括火炬，其中，火炬的入口与等温变换炉(4)的变换气出口相连通，火炬的入口处设置有控制阀。
4.根据权利要求1所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，还包括排水管道，所述排水管道与汽包(5)底部的排水口相连通，排水管道上设置有排水阀。
5.根据权利要求1所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，汽包(5)的出水口经循环泵(6)与等温变换炉(4)中移热管(42)的入口相连通。
6.根据权利要求1所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，中压蒸汽管道上设置有第一调节阀。
7.根据权利要求6所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，汽包(5)的蒸汽出口处设置有第二调节阀。
8.根据权利要求1所述的高浓度CO原料气的等温串联绝热的变换系统，其特征在于，移热管(42)埋设于等温变换炉(4)中的催化剂床层内。
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