CN212403457U - 一种用于制氢转化炉的余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于制氢转化炉的余热回收系统，所述余热回收系统包括：通过烟道依次串联的转化原料预热段、蒸汽过热段、高温空气预热段、蒸发段、低温空气预热段，所述余热回收系统还包括原料预热段，所述原料预热段通过烟道与所述蒸发段和/或低温空气预热段串联；所述原料预热段的预热介质为转化原料和/或制氢转化炉的燃料气。采用上述技术方案后，可以使烟气余热充分利用，降低排烟温度至70～120℃。

Description

一种用于制氢转化炉的余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种用于制氢转化炉的余热回收系统。

背景技术

轻烃水蒸气转化制氢工艺广泛用于石油化工行业，生产高纯度氢气产品作为油品加氢处理(精制、裂化、合成等)的氢气原料。该工艺以轻烃(天然气、炼厂气、液化气、石脑油等)为原料，通过水蒸气转化反应，再经变换反应及变压吸附提纯得到99.9％纯度的氢气产品。

该工艺的核心设备为制氢转化炉，原料气与水蒸气混合后进入炉内辐射段的转化炉管，管内装填转化催化剂，在约850℃的温度条件下，完成转化反应。变压吸附脱附气作为转化炉主燃料，不足部分由工厂燃料气管网补充。为提高转化炉热效率，辐射段出口设置对流段对烟气余热进行回收，工业装置中分别设置了水保护段、转化原料预热段、预转化原料预热段、蒸汽过热段、高温空气预热段、蒸发段、低温空气预热段等余热回收设施的部分或全部，换热流程示意图如图1所示。制氢转化炉辐射室的高温烟气，经上述装置换热，将烟气温度降低到140～180℃，经引风机进入烟囱排出，达到约90％的热效率。

常规余热回收设施无法实现更低烟气排放温度的主要原因是：变压吸附脱附气流量大且热值较低(其中CO₂含量高达50～55％)，可燃组分完全燃烧后所形成的烟气量比工厂燃料气燃烧产生的烟气量多28～30％，烟气经上述各段余热回收后,受饱和水温度影响，出蒸发段的温度一般在270℃～320℃而无法进一步降低，最后一段低温空气预热段采用空气回收烟气余热，由于空气量仅为烟气量的60％～80％，受烟气和空气换热平衡和空气入口温度的影响，由于冷源不足，无法将排烟温度降低到较低温度，烟气余热无更多的低温介质来进一步回收，排烟温度较高，能量浪费较多。

制氢装置原料在进入转化炉前需要进行烯烃饱和及深度脱硫预处理，对温度的要求320℃以上，实际应用中一般采用加热炉或过热蒸汽加热，额外又增加了装置的燃料气或中压过热蒸汽消耗。

随着国家对碳排放要求的不断提高，实际工业生产中制氢转化炉热效率如果长期在较低的效率下运行，不仅造成燃料的浪费、影响企业的经济效益，同时无法满足国家相关标准的要求，严重制约企业的发展。

本实用新型的目的在于提供一种排烟温度更低、余热回收效率更高的用于制氢转化炉的余热回收系统。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型利用烟气的温位并结合装置内部用于回收余热介质如原料气、蒸汽、空气、锅炉给水的流量及热负荷要求，进行合理的换热流程优化，使烟气余热被充分利用，从而提供一种排烟温度更低、余热回收效率更高的用于制氢转化炉的余热回收系统。

本实用新型公开了一种用于制氢转化炉的余热回收系统，包括：通过烟道依次串联的转化原料预热段、蒸汽过热段、高温空气预热段、蒸发段、低温空气预热段，所述余热回收系统还包括原料预热段，所述原料预热段通过烟道与所述蒸发段和/或低温空气预热段串联；

所述原料预热段的预热介质为转化原料和/或制氢转化炉的燃料气。

优选地，所述原料预热段通过烟道串联于所述高温空气预热段与所述蒸发段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述蒸汽过热段与所述高温空气预热段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述转化原料预热段与所述蒸汽过热段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述蒸发段与所述低温空气预热段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述低温空气预热段与烟囱之间。

优选地，所述原料预热段包括第一高温原料预热段和第一低温原料预热段。

所述第一高温原料预热段通过烟道串联于所述高温空气预热段与所述蒸发段之间，所述第一低温原料预热段通过烟道串联于所述蒸发段与所述低温空气预热段之间。

优选地，所述第一低温原料预热段的预热介质出口与所述第一高温原料预热段的预热介质入口通过管道连接。

优选地，所述原料预热段包括第二高温原料预热段和第二低温原料预热段；

所述第二高温原料预热段通过烟道串联于所述高温空气预热段与所述蒸发段之间，

所述第二低温原料预热段通过烟道串联于所述低温空气预热段与烟囱之间。

优选地，所述蒸汽过热段及高温空气预热段可以互换流程中位置；

优选地，所述第二低温原料预热段的预热介质出口与所述第二高温原料预热段的预热介质入口通过管道连接。

优选地，所述原料预热段的预热介质为转化原料；

所述原料预热段的预热介质出口连接原料精制装置；

所述原料精制装置的介质出口连接转化原料预热段。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.通过增加原料预热段，减少了额外能源的消耗，同时由于其低温位性质，增加了烟气余热回收系统中的低温位冷源，可以使烟气余热充分利用，降低排烟温度至 70～120℃，实现93～95％的热效率；

2.原转化原料出口温度为520℃左右，通过取消水保护段将更高温位的烟气直接进入转化原料预热段加热转化原料，提升转化原料出口温度至530℃～630℃进入转化炉辐射段，从而降低辐射段整体负荷，从源头上降低转化炉燃料气消耗量，节能减排。

3.空气预热段、原料预热段均采用二段式(当温度满足要求时也可采用一段式)，最大程度吸收烟气余热，减少蒸汽过热段及蒸发段吸热量，降低不必要的蒸汽产量，从而降低转化炉整体热负荷，减少燃料气消耗量。

附图说明

图1为现有技术中制氢转化炉烟气余热回收系统的流程示意图

图2为本实用新型一实施例中制氢转化炉余热回收系统的流程示意图；

图3为本实用新型另一实施例中制氢转化炉余热回收系统的流程示意图。

附图标记：

1-制氢转化炉辐射室的高温烟气，2-转化原料预热段，3-蒸汽过热段，4-高温空气预热段，5-高温原料预热段，6-蒸发段，7-低温原料预热段，8-低温空气预热段。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参见附图2，本实用新型一实施例中制氢转化炉余热回收系统的流程示意图，在本实施例中，转化原料预热段2、蒸汽过热段3、高温空气预热段4、高温原料预热段5、蒸发段6、低温原料预热段7、低温空气预热段8依次通过烟道连接，经低温空气预热段8 换热后的烟气经引风机引入烟囱排出。自制氢转化炉辐射段出来的高温烟气1依次通过转化原料预热段2、蒸汽过热段3、高温空气预热段4、高温原料预热段5、蒸发段6、低温原料预热段7、低温空气预热段8进行换热。空气先通入低温空气预热段8与烟气换热，再通过高温空气预热段4与烟气换热，然后通入制氢转化炉。制氢转化炉原料(轻烃：天然气、炼厂气、液化气、石脑油等)先通入低温原料预热段7与烟气换热，再通入高温原料预热段5与烟气换热，经高温原料预热段5换热后的转化原料通入原料精制装置进行精制，原料精制装置可以用于对转化原料进行烯烃饱和及深度脱硫预处理，精制后的转化原料通入转化原料预热段2与烟气换热，经转化原料预热段2换热后的转化原料通入制氢转化炉。在本实施例中，低温原料预热段7和高温原料预热段5的预热介质为制氢转化炉转化原料，在其它一些实施例中，该预热介质也可以为制氢转化炉的燃料，如补充燃料，其先后经低温原料预热段7和高温原料预热段5预热，然后通入制氢转化炉。在其它一些实施例中，低温原料预热段7和高温原料预热段5的预热介质可以不同，例如分别通过低温原料预热段7和高温原料预热段5对制氢转化炉的燃料和转化原料进行预热。在本实施例中，自制氢转化炉辐射段出来的高温烟气1约800～1100℃，经过转化原料预热段2换热后的烟气温度为：700～800℃，其中转化原料预热段2的换热器类型管式/翅片管换热段，与烟气换热的换热介质为制氢转化炉转化原料，包括轻烃和水蒸气。经过蒸汽过热段3换热后的烟气温度为：550～650℃，蒸汽过热段3的换热器类型为管式 /翅片管换热段。经过高温空气预热段4换热后的烟气温度为：450～550℃，高温空气预热段4的换热器类型可以为各型式空气预热器。经过高温原料预热器5换热后的烟气温度为：350～450℃，高温原料预热器5的换热器类型为管式/翅片管换热段。经过低温原料预热段7换热后的烟气温度为：140℃～180℃，低温原料预热段7的换热器类型为管式 /翅片管换热器。经过低温空气预热段8换热后的烟气温度为：70～120℃，低温空气预热段8的换热器类型为各型式空气预热器。空气由常温通过鼓风机通入低温空气预热段8 与烟气换热到120～150℃，再通入高温空气预热段4与烟气换热到450～600℃。转化原料由不超过50℃(优选为40℃)通入低温原料预热段7与烟气换热到200～250℃，再通入高温原料预热段5与烟气换热到300～400℃，然后通入原料精制装置进行精致，精制后的转化原料通入转化原料预热段2与烟气换热，转化原料在转化原料预热段2换热前后的温度分别为350～450℃和530～630℃。

在上述实施例中，原料预热段包括低温原料预热段和高温原料预热段。在其它一些实施例中，原料预热段可仅设置一段，通过烟道串联于所述高温空气预热段与所述蒸发段之间；或，所通过烟道串联于所述蒸发段与所述低温空气预热段之间；或，通过烟道串联于所述低温空气预热段与烟囱之间。在其它一些实施例中原料预热段也可设置两段以上，与所述蒸发段和/或低温空气预热段串联。

参见附图3，本实用新型一实施例中制氢转化炉余热回收系统的流程示意图，在本实施例中，转化原料预热段2、蒸汽过热段3、高温空气预热段4、高温原料预热段5、蒸发段6、低温空气预热段8、低温原料预热段7依次通过烟道连接，经低温原料预热段7 换热后的烟气经引风机引入烟囱排出。自制氢转化炉辐射段出来的高温烟气1依次通过转化原料预热段2、蒸汽过热段3、高温空气预热段4、高温原料预热段5、蒸发段6、低温空气预热段8低温原料预热段7进行换热。空气先通入低温空气预热段8与烟气换热，再通过高温空气预热段4与烟气换热，然后通入制氢转化炉。制氢转化炉转化原料先通入低温原料预热段7与烟气换热，再通入高温原料预热段5与烟气换热，经高温原料预热段5换热后的转化原料通入原料精制装置进行精制，原料精制装置可以用于对转化原料进行烯烃饱和及深度脱硫预处理，精制后的转化原料通入转化原料预热段2与烟气换热，经转化原料预热段2换热后的转化原料通入制氢转化炉。

本实用新型的技术方案，可以将转化炉的烟气余热深度利用，可以将烟气温度降至 70～120℃，使转化炉热效率可以长周期稳定地提高至93％～95％，大大降低装置能耗。且取消了无水保护段，可以更有效的利用高温位烟气提升转化原料入转化炉温度，从源头上降低加热炉负荷及燃料气消耗，减少运行成本。同时可以充分利用不同温位的烟气余热来加热工艺介质，进而直接减少原先需要预热原料的燃料能源消耗或过热蒸汽能源消耗，降低装置能耗，最大程度利用系统内部介质进行烟气余热回收，降低额外蒸汽产量，整体降低制氢转化炉操作负荷，减少不必要的燃料气消耗。本实用新型工艺流程简单，投资费用较低，可以保证整体流程设备长周期运行。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种用于制氢转化炉的余热回收系统，包括：通过烟道依次串联的转化原料预热段、蒸汽过热段、高温空气预热段、蒸发段、低温空气预热段，其特征在于，

所述余热回收系统还包括原料预热段，所述原料预热段通过烟道与所述蒸发段和/或低温空气预热段串联；

所述原料预热段的预热介质为转化原料和/或制氢转化炉的燃料气。

2.如权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，

所述原料预热段通过烟道串联于所述高温空气预热段与所述蒸发段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述蒸汽过热段与所述高温空气预热段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述转化原料预热段与所述蒸汽过热段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述蒸发段与所述低温空气预热段之间；

或，所述原料预热段通过烟道串联于所述低温空气预热段与烟囱之间。

3.如权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，

所述原料预热段包括第一高温原料预热段和第一低温原料预热段；

所述第一高温原料预热段通过烟道串联于所述高温空气预热段与所述蒸发段之间，所述第一低温原料预热段通过烟道串联于所述蒸发段与所述低温空气预热段之间。

4.如权利要求3所述的余热回收系统，其特征在于，

所述第一低温原料预热段的预热介质出口与所述第一高温原料预热段的预热介质入口通过管道连接。

5.如权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，

所述原料预热段包括第二高温原料预热段和第二低温原料预热段；

所述第二高温原料预热段通过烟道串联于所述高温空气预热段与所述蒸发段之间，

所述第二低温原料预热段通过烟道串联于所述低温空气预热段与烟囱之间。

6.如权利要求5所述的余热回收系统，其特征在于，

所述第二低温原料预热段的预热介质出口与所述第二高温原料预热段的预热介质入口通过管道连接。

7.如权利要求5所述的余热回收系统，其特征在于，

所述蒸汽过热段及高温空气预热段可以互换流程中位置。

8.如权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，

所述原料预热段的预热介质为转化原料；

所述原料预热段的预热介质出口连接原料精制装置；

所述原料精制装置的介质出口连接转化原料预热段。

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