CN215611423U - 一种甲烷转化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种甲烷转化系统,包括尾气预热器、预转化炉和原料管道,所述原料管道与所述尾气预热器的冷媒进口连接并连通,所述预转化炉的出口分别与预转化出口管道的一端和废热支管的一端连通,所述废热支管的另一端与所述尾气预热器的热媒进口连接并连通。本实用新型的有益效果是:开车阶段将预转化炉出口处气体绕过装好催化剂的设备改至尾气预热器的热媒进口,回收该股气体热量,对原料气进行加热,同时减少利用循环水冷却的使用量,进行节能降耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工领域,具体涉及一种甲烷转化系统。
背景技术
甲烷转化系统,原料尾气中高碳烃、烯烃浓度含量分别达到16.8%和7.4%。为防止高含量的高碳烃在换热式转化炉的催化剂层发生析碳反应。在转化工艺流程中设置了预转化炉,其内装有低温活性好的镍催化剂,高碳烃在较低温度下发生预转化反应生成低碳烃,防止在换热式转化炉发生析碳。
催化剂活性需要在使用前进行还原,故开车阶段预转化炉的出口转化气不能直接进后续换热转化炉和部分氧化炉,如图1所示,现有甲烷转化系统中,利用循环水对开车阶段的转化气冷却并排放。预转化炉废热不能利用回收,同时需要消耗循环水降温,而预转化炉前需要用加热炉进行加热,造成燃料气消耗,造成热量浪费。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是开车阶段如何减少能量浪费。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种甲烷转化系统,包括尾气预热器、预转化炉和原料管道,所述原料管道与所述尾气预热器的冷媒进口连接并连通,所述预转化炉的出口分别与预转化出口管道的一端和废热支管的一端连通,所述废热支管的另一端与所述尾气预热器的热媒进口连接并连通。
本实用新型的有益效果是:开车阶段将预转化炉出口处气体绕过装好催化剂的设备改至尾气预热器的热媒进口,回收该股气体热量,对原料气进行加热,同时减少利用循环水冷却的使用量,进行节能降耗。
在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。
进一步,所述预转化出口管道上设有运行控制阀,所述废热支管上设有开车控制阀。
采用上述进一步方案的有益效果是:开车阶段,打开开车控制阀且关闭运行控制阀,使预转化炉出口的气体绕过后续装有催化剂的设备,并对原料气进行预热。正常运行阶段,关闭开车控制阀且打开运行控制阀,使预转化炉出口的气体正常进入后续设备。
进一步,还包括气气换热器和加热炉,所述尾气预热器的冷媒出口与所述气气换热器的冷媒进口连通,所述气气换热器的冷媒出口的管道经过所述加热炉并与所述预转化炉连通。
采用上述进一步方案的有益效果是:气体加热后进入预转化炉,在预转化炉内低温活性的镍催化剂作用下,绝大部分的高碳烃(C2及以上)发生了转化反应,使混合气中的高碳烃(C2及以上)含量降低。
进一步,还包括换热式转化炉和部分氧化炉,所述预转化出口管道的另一端经过所述加热炉并与所述换热式转化炉的内管进口连通,所述换热式转化炉的内管出口、部分氧化炉和所述换热式转化炉的外管进口依次连通,所述换热式转化炉的外管出口与所述气气换热器的热媒进口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是:换热式转化炉的外管出口处气体经过气气换热器降温,同时利用这部分热量为原料气预热。
进一步,还包括废锅和中变炉,所述气气换热器的热媒出口与所述废锅的转化气入口连通,所述废锅的转化气出口、所述中变炉和所述尾气预热器的热媒进口依次连通。
采用上述进一步方案的有益效果是:离开中变炉的中变气进入尾气预热器用于加热原料气。
进一步,所述废热支管的另一端与所述中变炉和所述尾气预热器的热媒进口之间的管道连通。
进一步,还包括冷却分离设备,所述尾气预热器的热媒出口与所述废锅的中变气进口连通,所述废锅的中变气出口与所述冷却分离设备的进口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是:降温分离冷凝液和气体。
进一步,所述冷却分离设备包括锅炉给水预热器和第一分离器,所述废锅的中变气出口与所述锅炉给水预热器的热媒进口连通,所述锅炉给水预热器的热媒出口与所述第一分离器的进料口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是:所述废锅的中变气出口的中变气经过锅炉给水预热器降为,同时为锅炉水加热。
进一步,所述冷却分离设备还包括空冷器和第三分离器,所述第一分离器的气体出口与所述空冷器的热媒进口连通,所述空冷器的热媒出口与所述第三分离器的进料口连通。
进一步,所述冷却分离设备还包括变换气水冷器和第二分离器,所述第三分离器的气体出口与所述变换气水冷器的热媒进口连通,所述变换气水冷器的热媒出口与所述第二分离器的进料口连通。
附图说明
图1为现有甲烷转化系统中预转化炉的出口连接结构示意图;
图2为本实用新型的预转化炉的出口连接结构示意图;
图3为本实用新型的甲烷转化系统结构图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、尾气预热器,2、加热炉,3、预转化炉,4、换热式转化炉,5、部分氧化炉,6、气气换热器,7、废锅,8、中变炉,9、锅炉给水预热器,10、第一分离器,11、空冷器,12、变换气水冷器,13、第二分离器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。
需要说明的是,本实施例中的两个装置“连通”均为两个装置通过管道连通。
如图2-图3所示,本实施例提供一种甲烷转化系统,包括尾气预热器1、预转化炉3和原料管道,所述原料管道与所述尾气预热器1的冷媒进口连接并连通,所述预转化炉3的出口分别与预转化出口管道的一端和废热支管的一端连通,所述废热支管的另一端与所述尾气预热器1的热媒进口连接并连通。
其中,原料管道用于输送原料气,原料气即甲烷原料气。
其中,图2中的云线圈出的管道为所述废热支管。采用本实施例的技术方案后,开车阶段的预转化炉3的出口气体不经过冷却器,可以将原有的冷却器拆除。
开车阶段将预转化炉3出口处气体绕过装好催化剂的设备(换热式转化炉4、部分氧化炉5和中变炉8)改至尾气预热器1的热媒进口,回收该股气体热量,对原料气进行加热,同时减少利用循环水冷却的使用量,进行节能降耗。
按预转化炉进原料气流量为2000Nm3/h,蒸汽流量为4000Nm3/h,进行改造后相关数据对比:
A、改造前工艺气走向及相关数据:
如图1所示,预转化炉3出口转化气温度400℃,通过循环水降温至40℃,循环水上水温度30℃,回水温度40℃,约需要循环水量450T/h水才能达到进行降温效果。
B、改造前工艺气走向及相关数据:
如图2和图3所示,预转化炉3出口转化气温度400℃,可以将原料气温度由原来100℃,升高至250℃。减少原料气通过加热炉2所需的热量,(即减少燃料气的使用量),同时减少循环水使用量。
通过改变预转化炉3出口转化气的排放,为节能降耗做出贡献。一方面减少水能源的浪费,另一方面减少加热炉2烟道气的排放,环保烟气排放减少。
在上述方案的基础上,所述预转化出口管道上设有运行控制阀,所述废热支管上设有开车控制阀。
具体的,开车阶段,打开开车控制阀且关闭运行控制阀,使预转化炉3出口的气体绕过后续装有催化剂的设备,并对原料气进行预热。
正常运行阶段,关闭开车控制阀且打开运行控制阀,使预转化炉3出口的气体正常进入后续设备。
在上述任一方案的基础上,还包括气气换热器6和加热炉2,所述尾气预热器1的冷媒出口与所述气气换热器6的冷媒进口连通,所述气气换热器6的冷媒出口的管道经过所述加热炉2并与所述预转化炉3连通。
在上述任一方案的基础上,还包括换热式转化炉4和部分氧化炉5,所述预转化出口管道的另一端经过所述加热炉2并与所述换热式转化炉4的内管进口连通,所述换热式转化炉4的内管出口、部分氧化炉5和所述换热式转化炉4的外管进口依次连通,所述换热式转化炉4的外管出口与所述气气换热器6的热媒进口连通。
在上述任一方案的基础上,还包括废锅7和中变炉8,所述气气换热器6的热媒出口与所述废锅7的转化气入口连通,所述废锅7的转化气出口、所述中变炉8和所述尾气预热器1的热媒进口依次连通。
在上述任一方案的基础上,所述废热支管的另一端与所述中变炉8和所述尾气预热器1的热媒进口之间的管道连通。
在上述任一方案的基础上,还包括冷却分离设备,所述尾气预热器1的热媒出口与所述废锅7的中变气进口连通,所述废锅7的中变气出口与所述冷却分离设备的进口连通。
在上述任一方案的基础上,所述冷却分离设备包括锅炉给水预热器9和第一分离器10,所述废锅7的中变气出口与所述锅炉给水预热器9的热媒进口连通,所述锅炉给水预热器9的热媒出口与所述第一分离器10的进料口连通。
其中,所述锅炉给水预热器9的冷媒进口用于通入锅炉给水,锅炉给水换热后从所述锅炉给水预热器9的冷媒出口流出去界区。
在上述任一方案的基础上,所述冷却分离设备还包括空冷器11和第三分离器,所述第一分离器10的气体出口与所述空冷器11的热媒进口连通,所述空冷器11的热媒出口与所述第三分离器的进料口连通。
第一分离器10分离气体和凝液,凝液从第一分离器10的液体出口排出,经管道去界区。
在上述任一方案的基础上,所述冷却分离设备还包括变换气水冷器12和第二分离器13,所述第三分离器的气体出口与所述变换气水冷器12的热媒进口连通,所述变换气水冷器12的热媒出口与所述第二分离器13的进料口连通。
所述第三分离器分离气体和凝液,凝液从第三分离器的液体出口排出,经管道去界区。
所述第二分离器13分离气体和凝液,凝液从第二分离器13的液体出口排出,经管道去界区。气体从第二分离器13的气体出口经管道去PSA(PSA为变压吸附设备)。
以下对本实施例的甲烷转化系统的工作原理做简要介绍:
1、预转化炉3内主要反应式为:
CnH2n+2+nH2O==nCO+(2n+1)H2-Q△(1)
CnH2n+nH2O==nCO+2nH2-Q△(2)
CO+3H2==CH4+H2O+Q△(3)
CO+H2O==CO2+H2+Q△(4)
其中(1)式和(2)式均为吸热反应,(3)式和(4)式为放热反应,反应最终是吸热还是放热取决于原料气的特性。对于本系统中的反应为放热反应,表现为床层出口温度上升。入口温度和水碳比越高,吸热反应就越占主导地位,反应速度就越快,总碳转化率就越高。
预转化炉3的入口温度为160℃,压力为2.01MPa,出口温度为400℃,压力为2.0MPa。
2、换热式转化炉4的内管的入口温度为500℃,压力为1.85MPa,内管的出口温度为630℃,压力为1.85MPa。(注:外管有部分氧化炉5的高温气,内管和外管进行换热)
换热式转化炉4内主要反应式为:
CH4+H2O=CO+3H2-△Q
CO+H2O=CO2+H2+△Q
3、部分氧化炉5入口温度,也就是氧气和蒸汽混合温度为510℃,压力为1.9MPa,原料气和蒸汽混合后温度为630℃,压力为1.85MPa。部分氧化炉5出口温度为890℃,压力为1.84MPa。
基本原理:
(1)部分氧化炉上部发生反应:
H2+0.5O2=H2O +△Q
CH4+2O2=CO2+2H2O +△Q
CO+0.5O2=CO2 +△Q
(2)部分氧化炉催化剂床层反应:
CH4+H2O=CO+3H2 -△Q
CO+H2O=CO2+H2 +△Q
4、中变炉8的入口温度为330℃,压力为1.8MPa,出口温度为380℃。压力为1.8MPa。
基本原理:
CO+H2O=CO2+H2 +△Q
本实施例的甲烷转化系统开车后的工作流程为:
来自压缩机的原料尾气,先进入尾气预热器1预热到230℃。来自界区外的次高压过热蒸汽温度为395℃,压力为5.0MPa(G),经减压和减温后送进转化工序。预热后的原料尾气投入过热蒸汽,水碳比控制在2.38,混合后气体温度约为252℃。
混合气从上部进入气气换热器6的冷媒管路,被热媒管路的转化气加热至380℃,然后进入加热炉2,进一步加热至400℃后进入预转化炉3。混合气在预转化炉3内低温活性的镍催化剂作用下,绝大部分的高碳烃(C2及以上)发生了转化反应,使混合气中的高碳烃(C2及以上)含量降低。由于混合气中的CO含量较高,甲烷含量较低,在预转化炉3下部同时发生了甲烷化反应,温度升至400℃。
预转化气再次加入过热蒸汽,进一步调整水碳比至2.8后进入加热炉2,进入加热炉辐射段混合原料气加热盘管,加热至500℃,进入换热式转化炉4内管内,在催化剂床层中,甲烷与水蒸汽反应生成CO和H2,转化所需热量由外管内的部分氧化炉5出口转化气提供。出换热式转化炉4内管的转化气中,甲烷含量约14.9%(干基),温度约705℃。该转化气进入部分氧化炉5进一步反应。部分氧化炉5转化热量由氧气在部分氧化炉5顶中发生燃烧反应提供。出部分氧化炉5的转化气先进入换热式转化炉4外管,再经气气换热器6的热媒管路回收热量后温度降至494℃。
然后进入废锅7。转化气经废锅7传热后,温度降至320℃左右进入中变炉8,进行一氧化碳变换反应,温度上升至423℃,一氧化碳从12%降至2.4%。离开中变炉8的中变气先进入尾气预热器1热媒管路用于加热原料气,温度降至394℃,然后进入废锅7的中变气管路,产生中压饱和蒸汽作为废锅7内转化反应的工艺蒸汽。废锅7中变气管路出口的中变气温度降至255℃,进入锅炉给水预热器9进一步回收热量后,温度降至130℃,进入第一分离器10分离冷凝液后,进入空冷器11继续降温,再进入第三分离器分离冷凝液,最后进入变换气水冷器12将温度降至40℃,进入第二分离器13分离冷凝液后压力约为1.72MPa(G)送至PSA(PSA为变压吸附设备)。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种甲烷转化系统,其特征在于,包括尾气预热器(1)、预转化炉(3)和原料管道,所述原料管道与所述尾气预热器(1)的冷媒进口连接并连通,所述预转化炉(3)的出口分别与预转化出口管道的一端和废热支管的一端连通,所述废热支管的另一端与所述尾气预热器(1)的热媒进口连接并连通。
2.根据权利要求1所述一种甲烷转化系统,其特征在于,所述预转化出口管道上设有运行控制阀,所述废热支管上设有开车控制阀。
3.根据权利要求1或2任一项所述一种甲烷转化系统,其特征在于,还包括气气换热器(6)和加热炉(2),所述尾气预热器(1)的冷媒出口与所述气气换热器(6)的冷媒进口连通,所述气气换热器(6)的冷媒出口的管道经过所述加热炉(2)并与所述预转化炉(3)连通。
4.根据权利要求3所述一种甲烷转化系统,其特征在于,还包括换热式转化炉(4)和部分氧化炉(5),所述预转化出口管道的另一端经过所述加热炉(2)并与所述换热式转化炉(4)的内管进口连通,所述换热式转化炉(4)的内管出口、所述部分氧化炉(5)和所述换热式转化炉(4)的外管进口依次连通,所述换热式转化炉(4)的外管出口与所述气气换热器(6)的热媒进口连通。
5.根据权利要求3所述一种甲烷转化系统,其特征在于,还包括废锅(7)和中变炉(8),所述气气换热器(6)的热媒出口与所述废锅(7)的转化气入口连通,所述废锅(7)的转化气出口、所述中变炉(8)和所述尾气预热器(1)的热媒进口依次连通。
6.根据权利要求5所述一种甲烷转化系统,其特征在于,所述废热支管的另一端与所述中变炉(8)和所述尾气预热器(1)的热媒进口之间的管道连通。
7.根据权利要求5所述一种甲烷转化系统,其特征在于,还包括冷却分离设备,所述尾气预热器(1)的热媒出口与所述废锅(7)的中变气进口连通,所述废锅(7)的中变气出口与所述冷却分离设备的进口连通。
8.根据权利要求7所述一种甲烷转化系统,其特征在于,所述冷却分离设备包括锅炉给水预热器(9)和第一分离器(10),所述废锅(7)的中变气出口与所述锅炉给水预热器(9)的热媒进口连通,所述锅炉给水预热器(9)的热媒出口与所述第一分离器(10)的进料口连通。
9.根据权利要求8所述一种甲烷转化系统,其特征在于,所述冷却分离设备还包括空冷器(11)和第三分离器,所述第一分离器(10)的气体出口与所述空冷器(11)的热媒进口连通,所述空冷器(11)的热媒出口与所述第三分离器的进料口连通。
10.根据权利要求9所述一种甲烷转化系统,其特征在于,所述冷却分离设备还包括变换气水冷器(12)和第二分离器(13),所述第三分离器的气体出口与所述变换气水冷器(12)的热媒进口连通,所述变换气水冷器(12)的热媒出口与所述第二分离器(13)的进料口连通。
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CN202121219290.0U CN215611423U (zh) | 2021-06-02 | 2021-06-02 | 一种甲烷转化系统 |
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CN114577051A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-03 | 安徽海华科技集团有限公司 | 一种苯酚甲基化反应热量回收系统 |
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2021
- 2021-06-02 CN CN202121219290.0U patent/CN215611423U/zh active Active
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CN114577051A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-03 | 安徽海华科技集团有限公司 | 一种苯酚甲基化反应热量回收系统 |
CN114577051B (zh) * | 2022-03-04 | 2023-09-29 | 安徽海华科技集团有限公司 | 一种苯酚甲基化反应热量回收系统 |
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