CN115784150A - 一种绝热变换炉的炉温控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种绝热变换炉的炉温控制方法，涉及煤化工变换炉技术领域，该方法涉及绝热变换炉开车接气阶段，炉温控制过程包括如下步骤：粉煤气化炉排出粗煤气，粗煤气经过煤气预热器后进入绝热变换炉；绝热变换炉的进气口连通有进气管线，在绝热变换炉的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力不低于3.6MPa的氮气/二氧化碳通过进气管线与提温后的粗煤气混合，进入绝热变换炉，使绝热变换炉的炉温降至475℃以下。本发明可以有效控制变换炉温度，避免绝热变换炉在接气过程中受空速流量影响而引发超温以及“飞温”过程，避免设备因超温带来的损坏问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工变换炉技术领域，具体的说是一种绝热变换炉的炉温控制方法。
背景技术
变换工段主要是将气化工段送来的粗煤气中的CO气体转化为生产甲醇所需的H2，即CO在高温、高压条件下，借助于变换催化剂的作用，与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，同时副产各种等级的饱和蒸汽。
反应原理是粗煤气中的CO和水蒸气在一定温度和压力条件下，在变换催化剂的作用下发生变换反应生成H2和CO2，反应方程式如下：
变换反应具有以下几个特点：
(a)反应是可逆的，既CO可与水蒸气在一定条件下生成CO2和H2，同时，生成的CO2和H2又可以相互作用生成CO和水蒸气。
(b)变换反应为等容反应，即反应前后体积没变化。
(3)反应是放热的，变换反应随温度升高而减少，温度低利于向变换反应方向进行。
(4)在变换炉内，由于含有CO、CO2、H2、N2和水蒸气，在不同的温度、压力和触媒存在的条件下，可以发生各种副反应，变换炉内的催化剂是根据粗煤气中CO 浓度高、含有硫化物和下游装置对原料气中CO浓度的要求来选取的。催化剂的运行温度控制尤为重要，当高浓度的CO在耐硫变换催化剂(钴钼系催化剂活性组份是COS 和MOS2)处于起活状态(触媒热点温度高于220℃)，且粗煤气低水汽比(＜0.4) 的情况下会发生变换反应及甲烷化反应，反应过程中强放热会造成触媒层巨大的温升，而将催化剂组成结构破坏甚至烧坏。当炉温上涨过快和触媒处于高温时，必须使用低温或较大空速来压制变换炉温或带出热量。
发明内容
本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种绝热变换炉的炉温控制方法。
本发明的一种绝热变换炉的炉温控制方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种绝热变换炉的炉温控制方法，该方法涉及变换系统开车接气阶段或低负荷运行阶段，炉温控制过程包括如下步骤：
粉煤气化炉排出粗煤气，粗煤气经过煤气预热器后进入绝热变换炉，在绝热变换炉内发生放热反应；
绝热变换炉的进气口连通有进气管线，在绝热变换炉的炉温上升速度超过20℃ /min或者炉温超过440℃时，压力不低于3.6MPa的氮气/二氧化碳通入进气管线，与提温后的粗煤气混合进入绝热变换炉，以抑制变换反应和提高空速带出反应热，进而控制变换触媒的温升速率，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
可选的，至少两个绝热变换炉之间连接有煤气预热器，前一个绝热变换炉排出的粗煤气经过煤气预热器后直接进入1.0MPa废热锅炉，1.0MPa废热锅炉调节水汽比到0.4-0.5后送入后一个绝热变换炉。
优选的，在变换系统开车接气阶段，压力不低于3.6MPa的氮气通入进气管线，且氮气温度为70℃-90℃，浓度为99.99％。
可选的，通入进气管线的氮气来自空分装置排出的氮气，该氮气的压力为3.8MPa，3.8MPa的氮气通入进气管线，与提温后的粗煤气混合进入绝热变换炉，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
可选的，通入进气管线的氮气由空分装置排出，该氮气的压力为0.4MPa，0.4MPa的氮气经二氧化碳机组提压后通入进气管线，与提温后的粗煤气混合，进入绝热变换炉，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
优选的，在变换系统低负荷运行阶段，压力不低于3.6MPa的二氧化碳通入进气管线，且二氧化碳温度为70℃-90℃，浓度为98％。
可选的，通入进气管线的二氧化碳由低温甲醇洗工段排出，该二氧化碳的压力为0.2MPa，0.2MPa的二氧化碳经氧化碳机组提压后通入进气管线，与提温后的粗煤气混合进入绝热变换炉，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
优选的，通入进气管线的二氧化碳压力不超过4.0MPa。
本发明的一种绝热变换炉的炉温控制方法，与现有技术相比具有的有益效果是：
(1)本发明通过适时的向绝热变换炉内通入氮气来降低炉内温度，稀释一氧化碳浓度，抑制放热反应的发生，从而有效控制变换炉温度，避免绝热变换炉在接气过程中受空速流量影响而引发超温以及“飞温”过程，避免设备因超温带来的损坏问题，延长设备、管道的安全使用周期；
(2)本发明向绝热变换炉内通入的氮气可以保护催化剂的运行，延长炉催化剂的使用周期，避免催化剂损坏。
附图说明
附图1是本发明中实施例二的流程简图。
图中各符号表示：
①表示粉煤气化炉排出的粗煤气，②、③表示进气管线，
④表示第一个绝热变换炉，⑤表示煤气预热器，⑥表示1.0MPa废热锅炉，
⑦表示第二个绝热变换炉，⑧表示2.5MPa废热锅炉，
⑨表示进入低温甲醇洗工段的气体。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例一：
参考附图1中①、②、⑤、④之间的连接关系，以一个绝热变换炉④为例，本实施例的一种绝热变换炉的炉温控制方法涉及变换系统开车接气阶段或低负荷运行阶段，炉温控制过程包括如下步骤：
粉煤气化炉排出粗煤气①，粗煤气①经过煤气预热器⑤提温到200℃-220℃后进入绝热变换炉④，在绝热变换炉④内发生放热反应；
绝热变换炉④的进气口连通有进气管线②，
(a)在变换系统开车接气阶段，绝热变换炉④的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力不低于3.6MPa、温度为80℃、浓度为99.99％的氮气通过进气管线②与提温后的粗煤气①混合，进入绝热变换炉④，并将绝热变换炉④的炉温控制在475℃以下；
(b)在变换系统低负荷运行阶段，绝热变换炉④的炉温上升速度超过20℃/min 或者炉温超过440℃时，压力不低于3.6MPa、温度为80℃、浓度为98％的二氧化碳通过进气管线②与提温后的粗煤气①混合，进入绝热变换炉④，并将绝热变换炉④的炉温控制在475℃以下。
本实施例中，粉煤气化炉排出的粗煤气①通常包括一氧化碳、氢气、二氧化碳、氮气、甲烷。
本实施例中，在变换系统开车接气阶段，通入进气管线②的氮气来自空分装置排出的氮气，此时，氮气的压力为3.8MPa，空分装置排出的氮气直接通入进气管线②。当然，空分装置还会排出压力为0.4MPa的氮气，此时，氮气经二氧化碳机组提压至不低于3.6MPa、且温度为80℃后再通入进气管线②。氮气由进气管线②进入绝热变换炉④后，一方面利用自身温度来降低绝热变换炉④的炉温，另一方面，氮气的补入稀释了绝热变换炉内一氧化碳的浓度，抑制放热反应的发生，抑制各副反应的发生，第三方面，由于氮气本身就是惰性气，不参与反应过程，可以保护催化剂运行，避免对催化剂因温度高发生结构变化，出现烧结。
(I)变换系统开车接气阶段，本实施例的具体炉温控制流程如下：
(1)粉煤气化炉排出粗煤气①，粗煤气①经过煤气预热器⑤提温到200℃-220℃后进入绝热变换炉④，在绝热变换炉④内发生放热反应；
(2)观察绝热变换炉④的炉温变化，
(3)绝热变换炉④的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力为3.8MPa、流速为15m/s、温度为80℃、浓度为99.99％的氮气通过进气管线②与提温后的粗煤气①混合，进入绝热变换炉④，并将绝热变换炉④的炉温控制在475℃以下。
(II)变换系统低负荷运行阶段，本实施例的具体炉温控制流程如下：
(1)粉煤气化炉排出粗煤气①，粗煤气①经过煤气预热器⑤提温到200℃-220℃后进入绝热变换炉④，在绝热变换炉④内发生放热反应；
(2)观察绝热变换炉④的炉温变化，
(3)绝热变换炉④的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力未3.8MPa、流速为15m/s、温度为80℃、浓度为98％的二氧化碳通过进气管线②与提温后的粗煤气①混合，进入绝热变换炉④，并将绝热变换炉④的炉温控制在475℃以下。
需要补充的是，上述流程中绝热变换炉④的出气口处于开启状态，在有氮气通入绝热变换炉④时，绝热变换炉④会通过出气口向低温甲醇洗工段排放气体，气体不限于一氧化碳、氢气、二氧化碳、氮气、甲烷。
需要补充的是，控制绝热变换炉④炉温的过程中，炉温有可能超过475℃，此时，只要在15分钟内将炉温降至475℃以下即可。
需要补充的是，针对绝热变换炉④排出的粗煤气，可以使用废热锅炉对粗煤气中的热量进行回收再利用。
实施例二：
基于实施例一，结合附图1，本实施例提出一种绝热变换炉的炉温控制方法，该方法实现过程中涉及两个绝热变换炉④、⑦，绝热变换炉④的进气口连通有进气管线②，绝热变换炉⑦的进气口连通有进气管线③。
本实施例中，两个绝热变换炉④、⑦之间连接有煤气预热器⑤，第一个绝热变换炉④排出的粗煤气经过煤气预热器⑤后进入1.0MPa废热锅炉⑥，1.0MPa废热锅炉⑥调节水汽比到0.4-0.5后送入第二个绝热变换炉⑦。
(I)变换系统开车接气阶段，本实施例的具体炉温控制流程如下：
(1)粉煤气化炉排出粗煤气①，粗煤气①经过煤气预热器⑤提温到200℃-220℃后进入第一个绝热变换炉④，并在第一个绝热变换炉④内发生放热反应；
(2)观察第一个绝热变换炉④和第二个绝热变换炉⑦的炉温变化，
(3)当第一个绝热变换炉④的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力为3.6MPa、流速为15m/s、温度为70℃、浓度为99.99％的氮气通过进气管线②进入第一个绝热变换炉④，并将第一个绝热变换炉④的炉温控制在475℃以下；
(4)氮气通过进气管线②通入第一个绝热变换炉④后，第一个绝热变换炉④内排出粗煤气，排出的粗煤气经煤气预热器⑤后进入1.0MPa废热锅炉⑥，1.0MPa废热锅炉⑥将粗煤气的水汽比炉调节到0.4-0.5后送入第二个绝热变换炉⑦；
(5)当第二个绝热变换炉⑦的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力为3.6MPa、流速为15m/s、温度为70℃、浓度为99.99％的氮气通过进气管线③进入第二个绝热变换炉⑦，使第二个绝热变换炉⑦中一氧化碳含量在18％-22％之间，并将第二个绝热变换炉⑦的炉温控制在475℃以下。
2.5MPa废热锅炉⑧以对第二个绝热变换炉⑦排出粗煤气中的热量进行回收。
(II)变换系统低负荷运行阶段，本实施例的具体炉温控制流程如下：
(1)粉煤气化炉排出粗煤气①，粗煤气①经过煤气预热器⑤提温到200℃-220℃后进入第一个绝热变换炉④，并在第一个绝热变换炉④内发生放热反应；
(2)观察第一个绝热变换炉④和第二个绝热变换炉⑦的炉温变化，
(3)当第一个绝热变换炉④的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力为3.8MPa、流速为15m/s、温度为70℃、浓度为98％的二氧化碳通过进气管线②进入第一个绝热变换炉④，并将第一个绝热变换炉④的炉温控制在475℃以下；
(4)氮气通过进气管线②通入第一个绝热变换炉④后，第一个绝热变换炉④内排出粗煤气，排出的粗煤气经煤气预热器⑤后进入1.0MPa废热锅炉⑥，1.0MPa废热锅炉⑥将粗煤气的水汽比炉调节到0.4-0.5后送入第二个绝热变换炉⑦；
(5)当第二个绝热变换炉⑦的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力为3.8MPa、流速为15m/s、温度为70℃、浓度为98％的二氧化碳通过进气管线③进入第二个绝热变换炉⑦，使第二个绝热变换炉⑦中一氧化碳含量在18％-22％之间，并将第二个绝热变换炉⑦的炉温控制在475℃以下。
2.5MPa废热锅炉⑧可以对第二个绝热变换炉⑦排出粗煤气中的热量进行回收。
需要补充的是，上述流程中两个绝热变换炉④、⑦的出气口处于开启状态，在有氮气/二氧化碳通过进气管线②、③通入绝热变换炉④、⑦时，绝热变换炉④、⑦会通过出气口向外排出气体，且第二个绝热变换炉⑦通过出气口排出的气体进入低温甲醇洗工段⑨，气体不限于一氧化碳、氢气、二氧化碳、氮气、甲烷。
基于实施例一和实施例二，需要补充的是：
(i)通过进气管线进入绝热变换炉的氮气/二氧化碳温度范围在70℃-90℃。
(ii)空分装置排出的3.8MPa氮气可以单独通入绝热变换炉，空分装置排出的0.4MPa氮气经提压达到不低于3.6MPa氮气、且温度不超过90℃后也可以单独通入绝热变换炉；当然为了更好的节约能耗，通常在空分装置排出的3.8MPa氮气通入绝热变换炉不足时，再将提压后不低于3.6MPa氮气、且温度不超过90℃的氮气通入绝热变换炉。
(iii)从能耗方面来说，通入绝热变换炉的氮气压力不超过8.0MPa最佳，绝热变换炉的数量为两个最佳。
综上可知，采用本发明的一种绝热变换炉的炉温控制方法，可以有效控制变换炉温度，稀释一氧化碳的浓度，避免绝热变换炉在接气过程中受空速流量影响而引发超温以及“飞温”过程，避免设备因超温带来的损坏问题，还可以保护催化剂的运行，延长炉催化剂的使用周期。
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于,该方法涉及变换系统开车接气阶段或低负荷运行阶段，炉温控制过程包括如下步骤：
粉煤气化炉排出粗煤气，粗煤气经过煤气预热器后进入绝热变换炉，在绝热变换炉内发生放热反应；
绝热变换炉的进气口连通有进气管线，在绝热变换炉的炉温上升速度超过20℃/min或者炉温超过440℃时，压力不低于3.6MPa的氮气/二氧化碳通入进气管线，与提温后的粗煤气混合进入绝热变换炉，以抑制变换反应和提高空速带出反应热，进而控制变换触媒的温升速率，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
2.根据权利要求1所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，所述绝热变换炉有至少两个，每个绝热变换炉的进气口均连通有进气管线；
至少两个绝热变换炉之间连接有煤气预热器，前一个绝热变换炉排出的粗煤气经过煤气预热器后直接进入1.0MPa废热锅炉，1.0MPa废热锅炉调节水汽比到0.4-0.5后送入后一个绝热变换炉。
3.根据权利要求2所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，压力不低于3.6MPa的氮气/二氧化碳通入进气管线，与粗煤气混合后进入最后一个绝热变换炉，至最后一个绝热变换炉中一氧化碳含量在18％-22％之间时，最后一个绝热变换炉再次排出粗煤气，2.5MPa废热锅炉对粗煤气中的热量进行回收。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，在变换系统开车接气阶段，压力不低于3.6MPa的氮气通入进气管线，且氮气温度为70℃-90℃，浓度为99.99％。
5.根据权利要求4所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，通入进气管线的氮气来自空分装置排出的氮气，该氮气的压力为3.8MPa，3.8MPa的氮气通入进气管线，与提温后的粗煤气混合进入绝热变换炉，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
6.根据权利要求4所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，通入进气管线的氮气由空分装置排出，该氮气的压力为0.4MPa，0.4MPa的氮气经二氧化碳机组提压后通入进气管线，与提温后的粗煤气混合，进入绝热变换炉，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，在变换系统低负荷运行阶段，压力不低于3.6MPa的二氧化碳通入进气管线，且二氧化碳温度为70℃-90℃，浓度为98％。
8.根据权利要求7所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，通入进气管线的二氧化碳由低温甲醇洗工段排出，该二氧化碳的压力为0.2MPa，0.2MPa的二氧化碳经氧化碳机组提压后通入进气管线，与提温后的粗煤气混合进入绝热变换炉，并将绝热变换炉的炉温控制在475℃以下。
9.根据权利要求7所述的一种绝热变换炉的炉温控制方法，其特征在于，通入进气管线的二氧化碳压力不超过4.0MPa。
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Citations (7)
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- 2022-11-01 CN CN202211366952.6A patent/CN115784150A/zh active Pending
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