CN210528461U - 晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于煤化工技术领域，涉及一种晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，包括分离器、脱毒槽、第一变换炉、第一废锅、第二变换炉、汽包以及第二废锅；分离器的顶部出口经脱毒槽与第一变换炉壳程入口相连；第一变换炉的壳程出口分别与第二变换炉壳程入口和第一废锅的管程入口相连；第一变换炉的管程入口与第一废锅的壳程出口相连；第一废锅的壳程出口与第一变换炉的管程入口相连；第一废锅的管程入口与第一变换炉的壳程出口相连；第一废锅的管程出口与第二变换炉的壳程入口相连；第二变换炉的壳程出口与第二废锅的管程入口相连。本实用新型具有催化剂床层温度较低，变换反应效率高、工艺流程短、运行稳定的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于煤化工技术领域，涉及一种制氢制氨变换系统，特别是涉及一种晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统。
背景技术
煤气化技术是煤炭清洁生产的一项重要技术，对现有技术的总结与不断改进，研究者开发处新的煤气化技术，如航天炉以及晋华炉气化技术。
航天炉气化技术的优点是：原料煤的要求范围广、投资省、建设周期短、节能效果好、配套技术或设备全部实现国产化，具有较好的应用场景；晋华炉气化技术的优点是：煤种适用性广、流程短、能耗低、装置稳定性好、负荷率高、投资少、运行成本低、运行安全可靠。但是航天炉和晋华炉气化工艺制得的粗煤气中CO含量高，汽气比较大，而粗煤气中的CO浓度和水含量高，使粗煤气在变换过程中，变换反应推动力大，变换反应器床层热点温度难以控制，因此需要开发出新的变换工艺，控制变换反应的深度和床层热点温度，达到在热点温度较低的条件下，将高浓度CO几乎全部转换，满足合成氨生产的要求。
实用新型内容
为了解决背景技术中催化剂床层温度高、难以控制、变换率低的技术问题，本实用新型提供一种催化剂床层温度较低，变换反应效率高、工艺流程短、运行稳定的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统包括分离器、脱毒槽、第一变换炉、第一废锅、第二变换炉、汽包以及第二废锅；
所述分离器上分别设置有入口、顶部出口以及底部出口；所述第一变换炉、第一废锅、第二变换炉、汽包以及第二废锅上均设置有壳程出口、壳程入口、管程入口以及管程出口；
所述分离器的入口与进料管路相连；所述分离器的顶部出口经脱毒槽与第一变换炉壳程入口相连；所述第一变换炉的壳程出口分别与第二变换炉壳程入口和第一废锅的管程入口相连；所述第一变换炉的管程入口与第一废锅的壳程出口相连；所述第一废锅的壳程入口与锅炉水管路相连；所述第一废锅的管程入口与第一变换炉的壳程出口相连；所述第一废锅的管程出口与第二变换炉的壳程入口相连；所述第二变换炉的壳程出口与第二废锅的管程入口相连；所述第二变换炉的管程入口与汽包的管程出口相连；所述第二变换炉的管程出口与汽包的管程入口相连；所述汽包的壳程入口与锅炉水相连；所述第二废锅的壳程入口与锅炉水管路相连。
进一步的，上述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统还包括第一换热器以及第二换热器；所述分离器的顶部出口依次经第一换热器和脱毒槽后与第一变换炉壳程入口相连；所述第一变换炉的壳程出口经第一换热器与第一废锅的管程入口相连；所述第一废锅的管程出口经第二换热器与第二变换炉的壳程入口相连；所述第二废锅的壳程出口管路流经第二换热器。
进一步的，所述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统还包括预热器；所述第二变换炉的壳程出口经预热器与第二废锅的管程入口相连。
进一步的，所述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统还包括蒸汽管路，所述蒸汽管路与第一变换炉的壳程入口相连。
进一步限定，所述第一变换炉以及第二变换炉均为螺旋管换热式变换炉。
进一步限定，所述第一变换炉内以及第二变换炉内均设置有催化剂床层。
进一步限定，所述第一变换炉的壳程内以及第二变换炉的壳程内设置有催化剂床层。
进一步限定，所述催化剂床层分上下两层设置。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型提供的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，来自晋华炉/航天炉煤气化的粗煤气依次通过分离器、脱毒槽、第一变换炉的壳程以及第二变换炉的壳程，经过两次变换反应，使得粗煤气中的CO含量达到后续的工艺要求，直接进入变换后的制氢或制氨系统，变换反应效率高、工艺流程短。
2、本实用新型中通过第一废锅的壳程出口与第一变换炉的管程入口相连，利用锅炉水在第一变换炉管程中的循环来控制第一变换炉中变换反应的热量；同时第二变换炉的管程入口与汽包的管程出口相连，第二变换炉的管程出口与汽包的管程入口相连，利用汽包来控制第二变换炉中变换反应的热量；能很好地控制第一变换炉以及第二变换炉中催化剂床层的热点温度保持在较低的条件下，催化剂活性好，通过两次变换反应将高浓度CO几乎全部转换成氢气，满足制氢制氨的要求，工艺气进入变换后的制氨制氢工序。
3、本实用新型采用的第一变换炉以及第二变换炉均为螺旋管换热式变换炉，变换炉为轴向式变换反应塔，设备结构简单，运行安全可靠。
附图说明
图1为本实用新型提供的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统示意图；
其中：
1—分离器；2—第一换热器；3—脱毒槽；4—第一变换炉；5—第一废锅；6—第二换热器；7—第二变换炉；8—汽包；9—预热器；10—第二废锅。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本实用新型做进一步的说明。
实施例1
参见图1，本实用新型提供的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统包括分离器1、第一换热器2、脱毒槽3、第一变换炉4、第一废锅5、第二换热器6、第二变换炉7、汽包8、预热器9以及第二废锅10；分离器1的入口与来自晋华炉/航天炉煤气化的粗煤气相连，分离器1底部的出口至系统废液管网，分离器1顶部的出口依次经第一换器2和脱毒槽3后与第一变换炉4顶部的壳程入口；同时蒸汽管路与第一变换炉4的壳程入口相连，来自管外的饱和蒸汽补入第一变换炉4的壳程中，这主要是因为晋华炉/航天炉煤气化的粗煤气中CO含量偏高，补入饱和蒸汽能保证第一变换炉4中变换反应的发生，提高变换率；实施时，蒸汽管路中流入的饱和蒸汽压力为2.5MPa；第一变换炉4底部的壳程出口分为两个支路，一个支路经第一换热器2与第二变换炉7顶部的壳程入口相连，另一个支路经第一废锅5的管程与第二变换炉7顶部的壳程入口相连，第一变换炉4顶部的管程入口与第一废锅5的壳程出口相连，第一变换炉4底部的管程出口的蒸汽至系统蒸汽管网，蒸汽为2.5MPa的过热蒸汽，第一废锅5的壳程入口与锅炉水管相连；第二变换炉7底部的壳程出口经预热器9与第二废锅10的管程入口相连，第二变换炉7顶部的管程入口与汽包8的管程出口相连，第二变换炉7底部的管程出口与汽包8的管程入口相连；汽包8的壳程入口与锅炉水管相连，汽包8的壳程出口至系统废液管网；第二废锅10的管程出口至变换后系统，实施时，变换后系统为制氢或制氨系统，第二废锅10的壳程入口与锅炉水管相连，第二废锅10的壳程出口经第二换热器6至系统蒸汽管网，最终的排出的蒸汽为0.5MPa的蒸汽。
本实用新型中提供的第一变换炉4以及第二变换炉7均为螺旋管换热式变换炉，第一变换炉4的壳程内以及第二变换炉7的壳程内设置有催化剂床层，催化剂床层分上下两层设置；实施时，催化剂选择工业上常用的低水碳催化剂。
本实用新型提供的变换系统，来自晋华炉/航天炉煤气化的粗煤气经煤水分离、换热、脱毒后，工艺气先进入第一变换炉的壳程中，在催化剂作用下发生一次变化反应CO+H2O＝CO2+H2+Q，接着一次变换后的工艺气进入第二变换炉的壳程中，在催化剂作用下继续发生二次变换反应CO+H2O＝CO2+H2+Q，经过两次变换反应，晋华炉/航天炉煤气化的粗煤气中CO的几乎全部转化成H2，整个变换系统工艺流程短，变换效率高；在两次变换中，由于变换反应是一个放热反应，实施时，在第一变换炉管程中通过锅炉水来转移第一变换炉中变换反应的热量，在第二变换炉中利用汽包来转移第二变换炉中变换反应的热量；能很好地控制第一变换炉温度保持在185-330℃，第二变换炉中的温度保持在185-260℃，通过两次变换反应将高浓度CO几乎全部转换成氢气，满足变换后系统(制氨或制氢)的要求，催化剂床层的温度较低、容易实现。
实施例2～实施例5具体的应用实施例
实施例2
粗煤气是来自晋华炉气化的粗煤气，具体的粗煤气中CO为60％，汽气比为0.7。
具体的变换流程是：粗煤气经煤水分离、换热、脱毒后，先进入第一变换炉的壳程中，在催化剂作用下、催化剂床层温度185℃，发生一次变化反应，接着一次变换后的工艺气进入第二变换炉的壳程中，在催化剂床层温度230℃作用下，继续发生二次变换反应，经过两次变换反应，粗煤气中CO含量为0.25％，几乎全部转化成H2，两次变换后的工艺气进入制氨工序，作为制氨时H2的原料气，在制氨工序中与氮气合成氨气，变换系统工艺流程短，催化剂床层的温度较低、变换效率高。
实施例3
与实施例2不同的是，粗煤气中CO为70％，汽气比为0.8，粗煤气先进入第一变换炉的壳程中，在催化剂床层温度300℃下发生一次变化反应，接着一次变换后的工艺气进入第二变换炉的壳程中，在催化剂床层温度260℃作用下继续发生二次变换反应，经过两次变换反应，粗煤气中CO含量为0.38％，粗煤气中的CO几乎全部转化成H2，两次变换后的工艺气进入制氢工序作为制氢时的原料气。
实施例4
与实施例2不同的是，粗煤气是来自航天炉气化的粗煤气，粗煤气中CO为80％，汽气比为0.6，粗煤气先进入第一变换炉的壳程中，在催化剂床层温度210℃下发生一次变化反应，接着一次变换后的工艺气进入第二变换炉的壳程中，在催化剂床层温度205℃作用下继续发生二次变换反应，经过两次变换反应，粗煤气中CO含量为0.15％，粗煤气中的CO几乎全部转化成H2，两次变换后的工艺气进入制氢工序作为制氢时H2的原料气。
实施例5
与实施例2不同的是，粗煤气是来自航天炉气化的粗煤气，粗煤气中CO为60％，汽气比为0.9，粗煤气先进入第一变换炉的壳程中，在催化剂床层温度330℃下发生一次变化反应，接着一次变换后的工艺气进入第二变换炉的壳程中，在催化剂床层温度230℃作用下继续发生二次变换反应，经过两次变换反应，粗煤气中CO含量为0.5％，粗煤气中的CO几乎全部转化成H2，两次变换后的工艺气进入制氨工序，作为制氨时H2的原料气，在制氨工序中与氮气合成氨气。
Claims (8)
1.一种晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统包括分离器(1)、脱毒槽(3)、第一变换炉(4)、第一废锅(5)、第二变换炉(7)、汽包(8)以及第二废锅(10)；
所述分离器(1)上分别设置有入口、顶部出口以及底部出口；所述第一变换炉(4)、第一废锅(5)、第二变换炉(7)、汽包(8)以及第二废锅(10)上均设置有壳程出口、壳程入口、管程入口以及管程出口；
所述分离器(1)的顶部出口经脱毒槽(3)与第一变换炉(4)壳程入口相连；所述第一变换炉(4)的壳程出口分别与第二变换炉(7)壳程入口和第一废锅(5)的管程入口相连；所述第一变换炉(4)的管程入口与第一废锅(5)的壳程出口相连；所述第一废锅(5)的壳程入口与锅炉水管相连；所述第一废锅(5)的管程入口与第一变换炉(4)的壳程出口相连；所述第一废锅(5)的管程出口与第二变换炉(7)的壳程入口相连；所述第二变换炉(7)的壳程出口与第二废锅(10)的管程入口相连；所述第二变换炉(7)的管程入口与汽包(8)的管程出口相连；所述第二变换炉(7)的管程出口与汽包(8)的管程入口相连；所述汽包(8)的壳程入口与锅炉水管相连；所述第二废锅(10)的壳程入口与锅炉水管路相连。
2.根据权利要求1所述的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统还包括第一换热器(2)以及第二换热器(6)；所述分离器(1)的顶部出口依次经第一换热器(2)和脱毒槽(3)后与第一变换炉(4)壳程入口相连；所述第一变换炉(4)的壳程出口经第一换热器(2)与第一废锅(5)的管程入口相连；所述第一废锅(5)的管程出口经第二换热器(6)与第二变换炉(7)的壳程入口相连；所述第二废锅(10)的壳程出口管路流经第二换热器(6)。
3.根据权利要求1或2所述的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统还包括预热器(9)；所述第二变换炉(7)的壳程出口经预热器(9)与第二废锅(10)的管程入口相连。
4.根据权利要求3所述的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统还包括蒸汽管路，所述蒸汽管路与第一变换炉(4)的壳程入口相连。
5.根据权利要求4所述的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述第一变换炉(4)以及第二变换炉(7)均为螺旋管换热式变换炉。
6.根据权利要求5所述的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述第一变换炉(4)内以及第二变换炉(7)内均设置有催化剂床层。
7.根据权利要求6所述的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述第一变换炉(4)的壳程内以及第二变换炉(7)的壳程内设置有催化剂床层。
8.根据权利要求7所述的晋华炉/航天炉煤气化的制氢制氨变换系统，其特征在于：所述催化剂床层分上下两层设置。
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