CN209740702U - 带有提温装置的变换炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种带有提温装置的变换炉，其中，所述提温装置包括中压蒸汽管线，所述中压蒸汽管线与变换炉入口处的变换气管线相连接，所述提温装置还包括在所述中压蒸汽管线上设置的温度调节阀，和在变换炉的入口处设置的温度表。本实用新型的带有提温装置的变换炉，保证变换炉系统短期停车后再开车或者在催化剂床层带水异常情况的事故处理，能够改变并维持床层正常温度，彻底地解决了变换炉温度降低，催化剂失活等特殊工况，有效地提高了催化剂的使用周期，经济效益和环境效益显著。
Description
技术领域
本实用新型涉及变换炉，具体涉及一种带有提温装置的变换炉。
背景技术
我国煤制天然气、煤制烯烃、煤制甲醇蓬勃发展，绝大多数煤化工工艺采用煤炭气化制取合成气转化为C产品。随着煤化工的发展，煤气化工艺不断优化更新，所制合成气CO含量越来越高，根据气化所用煤质和煤阶的不同和差异，变换系统耐硫变换催化剂生产情况面临着很大的挑战。为降低苛刻工况对耐硫变换催化剂性能的影响，确保主变换反应器的稳定运行，开始在变换工段前增加耐硫预变换反应器，对工艺气进行预变换。
在CO变换技术中，工艺气经过预变换反应器后，不调节温度，不提升水气比，直接进入主变换工序。工业上使用的耐硫预变换催化剂，活性组份含量相对较低，活性稳定性差，使用周期短。预变换催化剂使用初期活性相对较高，预变换炉出口工艺气温度较高，随后活性衰减较快，短期内预变换炉出口工艺气温度便大大降低。主变换催化剂使用寿命为3年左右，而预变换催化剂只有一年甚至不到半年的寿命，这样在主变换催化剂使用周期内，预变换催化剂能更换数次，工艺气温度不断上下变化，而工艺气温度对主变换系统温度有一定影响，主变换系统温度就随之变化。
变换反应是放热反应，反应温度低，有利于变换反应的进行，从动力学角度可以使其出口CO平衡含量降的更低；而在一定范围内增加反应温度，能增加反应速度，从热力学角度有利于变换反应的快速进行，但当温度太高时则由于受动力学影响大于热力学影响而使变换反应难于进行，变换催化剂表观活性下降，并且长期高温条件对催化剂结构、活性乃至使用寿命产生不良影响。因此，对变换催化剂来讲，控制反应温度在适宜的范围能更好的发挥催化剂的各项性能。而在CO变换工艺中，目前无法调节主变换床层温度在适宜范围内，因此只能受工艺气温度变化的困扰。
在预变换催化剂使用初期，预变换炉出口工艺气温度高，带动主变换系统温度高，使主变换催化剂初期即处于高温下运行，不利于主变催化剂在使用初期时低温活性的发挥；随运行时间延长，预变换炉出口工艺气温度大大降低，主变换系统温度随之降低，工况出现波动；当主变换催化剂也到使用末期时，无法进一步提高床层温度延长主变换催化剂使用寿命。一氧化碳变换反应工艺流程是煤化工装置中必不可少的关键工艺系统。变换冷却工序是接受气化送来的粗煤气，进一步除去粉尘和焦油，采用钴钼耐硫耐油催化剂，在两段变换炉中发生一氧化碳变换反应，来调整粗煤气中一氧化碳和H2的比例，并对变换气进行初步冷却降温，满足甲烷化合成碳氢比的需要。
一氧化碳变换工艺采用一氧化碳蒸汽催化转化法。引加压气化来的粗煤气经洗涤分离后，一部分通过升温换热器预热升温到260℃进入预变换炉进行变换反应，气体中的CO与水蒸汽反应，生成CO2和H2，从预变换炉出来的变换气进入主变换炉，进一步消耗CO，同时获得H2。主变换炉出来的变换气依次经过升温换热器壳程、余热回收器回收热量后，进入冷却系统，进一步回收变换气中的热量，同时用锅炉水、脱盐水及循环水冷却降温。最后从洗氨塔出来的脱除氨的变换气被送至低温甲醇洗装置。
(1)变换反应的化学反应方程式如下：
CO+H2O(汽)＝CO2+H2+23.4MJ/Kmol
这是一个可逆、放热、体积不变的化学反应。从平衡原理可知，压力对反应平衡没有影响，而降低温度、增加过量的水蒸汽或脱除反应生成物 CO2，均有利于变换反应生成物方向进行。
(2)影响变换反应的因素
①温度
变换反应是放热反应，随着反应的进行温度不断升高。变换催化剂的活性随温度上升而显著增加，从催化剂活性考虑，操作温度愈高愈好，如果变换率还没有接近平衡值，升高温度可以提高变换率。但是，降低温度有利于变换反应的化学平衡，如果变换率已经接近平衡值，升高温度会降低平衡率，这时降低温度可以增加变换率。
变换冷却采用两段变换。第一段为预变换炉变换，大量的焦油、尘在这一段被脱除，操作温度为240～300℃；第二段为主变换炉变换，CO浓度在这一段趋向平衡值，操作温度为260～380℃。
②压力
压力对变换反应的平衡无影响，但变换反应催化剂的活性却随压力提高而增加。
③水气比(或H2O/CO比)
水气比是变换操作的一项重要调节手段。从平衡关系可知，水气比增大，则平衡变换率提高，当压力、温度、空速一定时，增加蒸汽量(即提高变换炉进口水气比)，有利于提高变换率。但是，随蒸汽量继续增加，变换率反而降低，这是因为增加蒸汽量对平衡有利，却降低了反应气体的分压，缩短了催化接触反应时间，因而不利于反应。但一般粗煤气中含的水蒸汽足够变换反应的需要，因此在设置管线时没有单独增加进变换炉中压蒸汽管线。
(3)变换反应副反应
在变换反应过程中还会发生一些副反应。在高温、低水气比情况下会发生甲烷化副反应，其化学方程式为：
2CO+2H2＝CH4+CO2+Q
CO+3H2＝CH4+H2O+Q
CO2+4H2＝CH4+2H2O+Q
低水气比、高温下会发生CO的分解反应：
2CO＝C+CO2
在正常生产中，副反应的发生不仅降低了生产效率，还增加原料气的消耗；在副反应占主导地位时，副反应集聚的热量很容易造成设备超温，发生严重事故，因此，在正常生产中应尽可能控制变换反应条件，防止副反应的发生。
因此，目前还需要寻找一种能够使一氧化碳变换反应安全稳定进行的的变换炉。
实用新型内容
基于以上，本实用新型的目的在于克服现有的用于一氧化碳变换反应的变换炉预变换催化剂更换频繁，计划开停车造成变换反应无法进行，变换率下降以及变换气中气体组分不能满足合成甲烷原料气组分的需要的问题，提供了一种具有提温装置的变换炉，该变换炉能够保证变换反应持续进行和甲烷化反应所需的氢碳比；弥补了由于非计划开停车阶段，由于催化剂床层温度不足造成变换率下降，达不到一氧化碳变换指标的生产问题并且适用于所有中低温变换工艺流程。
一种带有提温装置的变换炉，其中，所述提温装置包括中压蒸汽管线 1，所述中压蒸汽管线1与变换炉4入口处的变换气输送管线5相连接，所述提温装置还包括在所述管线1上设置的温度调节阀2，和在变换炉4 的入口处设置的温度表3。通过该提温装置，当短期停车后重新开车或生产运行时催化剂床层温度需要提温的情况下，通过中压蒸汽管线1将中压过热蒸汽引入到预变换炉或主变换炉，以给催化剂床层升温，可以保证变换反应持续进行和甲醇合成或甲烷化反应所需的氢碳比。
具体地，在预变换炉停车后，预变换炉降温至于预变换催化剂的活性温度以下，只需要通过本发明的提温装置缓慢通入中压过热蒸汽，将催化剂加热到240～300℃，即可导入原料气。由于本发明的提温装置中具有温度调节阀2和温度表3，因此形成了完整的调节回路，可以实现自动化调节。
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，在预变换炉停车后，预变换炉降温至于预变换催化剂的活性温度以下，只需要通过所述提温装置缓慢通入中压过热蒸汽，将催化剂加热到240～300℃，即可导入原料气。由于本发明的提温装置中具有温度调节阀2和温度表4，因此形成了完整的调节回路，可以实现自动化调节。
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，在主变换炉停车后，主变换炉降温至于主变换催化剂的活性温度以下，只需要通过所述提温装置缓慢通入中压过热蒸汽，将催化剂加热到260～380℃，即可导入原料气。由于本发明的提温装置中具有温度调节阀2和温度表4，因此形成了完整的调节回路，可以实现自动化调节。
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，所述中压蒸汽管线 1的内径为50mm-100mm；
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，所述中压蒸汽管线 1的内径为80mm；
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，所述变换炉可以为主变换炉或预变换炉；
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，所述变换炉为煤制天然气工艺、合成气制甲醇工艺的两段炉；
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，所述提温装置还包括在所述中压蒸汽管线1上依次设置的第一闸阀6、第二闸阀7、第三闸阀8和第四闸阀9；所述闸阀用于根据实际情况对蒸汽进行调节控制。
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，所述提温装置还包括所述中压蒸汽管线1的旁路管线10，所述旁路管线上设置旁路闸阀11。
在实际的生产中，催化剂使用初期和中期，活性较好，本实用新型的提温装置管线停运，所有闸阀全部关闭；在催化剂使用末期，投用本实用新型的提温装置，当温度调节阀2好用时，第一闸阀6、第二闸阀7、第三闸阀8和第四闸阀9全开，旁路闸阀11关闭；当温度调节阀2故障时，第二闸阀7和第二闸阀8关闭，第一闸阀6、第四闸阀9和旁路闸阀11打开。
本实用新型的带有提温装置的变换炉具有但不限于以下有益效果：
1.本实用新型的带有提温装置的变换炉弥补了由于非计划开停车阶段，由于催化剂床层温度不足造成变换率下降，达不到一氧化碳变换指标的生产问题，加快一氧化碳变换反应的进行，保证甲烷化反应所需的氢碳比；
2.本实用新型的带有提温装置的变换炉适用所有中低温变换工艺流程，尤其在煤制天然气工艺、合成气制甲醇工艺的两段炉串联变换中效果显著。
3.本实用新型的带有提温装置的变换炉延长了催化剂的使用寿命，减少变换炉催化剂更换次数，节约生产和人工成本，创造更多的经济效益；
4.本实用新型的带有提温装置的变换炉，保证变换炉系统短期停车后再开车或者在催化剂床层带水异常情况的事故处理，能够改变并维持床层正常温度，彻底地解决了变换炉温度降低，催化剂失活等特殊工况，有效地提高了催化剂的使用周期，经济效益和环境效益显著。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施方案，其中：
图1示出了本实用新型的带有提温装置的变换炉的结构示意图。
其中：
1-中压蒸汽管线，2-温度调节阀，3-温度表，4-变换炉，5-变换气输送管线，6-第一闸阀，7-第二闸阀，8-第三闸阀，9-第四闸阀，10-旁路管线， 11-旁路闸阀，12-流量表。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本实用新型，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本实用新型。
本部分对本实用新型试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本实用新型目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本实用新型仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本实用新型所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下结合附图更详细的描述本实用新型的具体实施方式。
实施例1
图1显示了本实用新型的带有提温装置的变换炉。
如图1所示，其中，所述变换炉为主变换炉，所述提温装置包括中压蒸汽管线1，其内径为80mm，所述中压蒸汽管线1与变换炉4入口处的变换气输送管线5相连接，所述提温装置还包括在所述管线1上设置的温度调节阀2，和在变换炉4的入口处设置的温度表3，形成了完整的调节回路，可以实现自动化调节。所述提温装置还包括在所述中压蒸汽管线1 上依次设置的第一闸阀6、第二闸阀7、第三闸阀8和第四闸阀9；所述提温装置还包括所述中压蒸汽管线1的旁路管线10，所述旁路管线上设置旁路闸阀11。
在实际的生产中，催化剂使用初期和中期，活性较好，本实用新型的提温装置管线停运，所有闸阀全部关闭；在催化剂使用末期，投用本实用新型的提温装置，当温度调节阀2好用时，第一闸阀6、第二闸阀7、第三闸阀8和第四闸阀9全开，旁路闸阀11关闭；当温度调节阀2故障时，第二闸阀7和第三闸阀8关闭，第一闸阀6、第四闸阀9和旁路闸阀11打开。其中，流量表12用于检测通过的蒸汽。
根据本实用新型的带有提温装置的变换炉，其中，在主变换炉停车后，主变换炉降温至于主变换催化剂的活性温度以下，只需要通过所述提温装置缓慢通入中压过热蒸汽，将催化剂加热到260～380℃，即可导入原料气。由于本发明的提温装置中具有温度调节阀2和温度表3，因此形成了完整的调节回路，可以实现自动化调节。
具体地，大唐克旗煤制天然气有限公司的主变换炉具有该提温装置，并利用手动闸阀进行蒸汽调节控制，催化剂使用周期延长6个月，同时对于变换炉床层温度控制有很大促进作用。
实施例2
中煤龙化哈尔滨煤气厂变换装置在预变炉前增加了一个中压蒸汽管线，用于调整预变炉、主变炉的床层温度，收到了很好的效果，保证了整套装置长周期安全稳定运行。在催化剂使用末期，通过投用本中压蒸汽管线，有效地保证了主变换的床层温度在设计值280～340℃，CO变换率为维持在5～10％之间，延长催化剂使用周期近6个月。
尽管本实用新型已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本实用新型不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (6)
1.一种带有提温装置的变换炉，其中，所述提温装置包括中压蒸汽管线(1)，所述中压蒸汽管线(1)与变换炉(4)入口处的变换气输送管线(5)相连接，所述提温装置还包括在所述管线(1)上设置的温度调节阀(2)，和在变换炉(4)的入口处设置的温度表(3)。
2.根据权利要求1所述的带有提温装置的变换炉，其中，所述中压蒸汽管线(1)的内径为50mm-100mm。
3.根据权利要求1所述的带有提温装置的变换炉，其中，所述变换炉为主变换炉或预变换炉。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带有提温装置的变换炉，其中，其中，所述变换炉为煤制天然气工艺或合成气制甲醇工艺的两段炉。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的带有提温装置的变换炉，其中，所述提温装置还包括在所述中压蒸汽管线(1)上依次设置的第一闸阀(6)、第二闸阀(7)、第三闸阀(8)和第四闸阀(9)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的带有提温装置的变换炉，其中，所述提温装置还包括所述中压蒸汽管线(1)的旁路管线(10)，所述旁路管线上设置有旁路闸阀(11)。
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