專利名稱：烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化節(jié)能工藝的改進(jìn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化節(jié)能工藝的改進(jìn)工藝，適用于各種烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化制取合成氣的工藝過(guò)程。
換熱式轉(zhuǎn)化工藝，是當(dāng)今世界上烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制取合成氣最先進(jìn)的節(jié)能新工藝。該工藝的核心是利用二段轉(zhuǎn)化爐的高溫工藝氣體，為換熱式一段轉(zhuǎn)化爐爐管內(nèi)烴類物質(zhì)與水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化過(guò)程的自熱式平衡或半自熱式平衡，減少用于燃燒供熱的烴類物質(zhì)的消耗。該節(jié)能工藝于二十世紀(jì)八十年代首先由英國(guó)I.C.I公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，其后，國(guó)外白俄羅斯格羅德諾氮素綜合企業(yè)、美國(guó)Kellogg公司、日本千代田公司、丹麥TOPSφE公司以及國(guó)內(nèi)成達(dá)化學(xué)工程公司、成都通用工程技術(shù)開發(fā)公司等，相繼開發(fā)成功不同流程、各具特點(diǎn)的換熱式轉(zhuǎn)化工藝。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)工業(yè)化的換熱式轉(zhuǎn)化裝置，分為自熱式平衡和半自熱式平衡二大類。自熱式平衡裝置用換熱式一段轉(zhuǎn)化爐取代傳統(tǒng)的外熱式一段轉(zhuǎn)化爐，換熱式一段轉(zhuǎn)化爐爐管內(nèi)烴類物質(zhì)與水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱量，由二段轉(zhuǎn)化爐來(lái)的高溫工藝氣體提供，熱量不足部份的解決辦法，是將原由一段轉(zhuǎn)化的部份烴類物質(zhì)蒸汽轉(zhuǎn)化負(fù)荷移到二段轉(zhuǎn)化爐，向二段轉(zhuǎn)化爐加入過(guò)量空氣或富氧空氣(或純氧)，從而維持該系統(tǒng)的自熱式平衡。半自熱式平衡裝置解決熱量不足部份的方法，是保留一個(gè)較小的傳統(tǒng)外熱式一段轉(zhuǎn)化爐，與換熱式一段轉(zhuǎn)化爐并聯(lián)或串聯(lián)其后，換熱式一段轉(zhuǎn)化爐烴類物質(zhì)與水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需熱量，由二段轉(zhuǎn)化爐來(lái)的高溫工藝氣體提供，外熱式一段轉(zhuǎn)化爐仍由燃燒部份烴類物質(zhì)供給，從而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的半自熱式平衡。二段轉(zhuǎn)化爐加過(guò)量空氣的自熱式平衡裝置，在轉(zhuǎn)化氣凈化工序需設(shè)置PSA裝置或深冷脫氮裝置，以脫除轉(zhuǎn)化氣中過(guò)量的N2和CO2；二段轉(zhuǎn)化爐加富氧空氣(或純氧)的自熱式平衡裝置，需配套設(shè)置PSA空氣分離(或深冷空分)裝置，以制取富氧空氣(或純氧)。半自熱式平衡裝置不增加二段轉(zhuǎn)化的負(fù)荷，二段轉(zhuǎn)化爐仍然只加工藝計(jì)量的空氣，因而不需上述配套裝置。
工業(yè)化運(yùn)行的實(shí)踐證明，不同流程的烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化工藝，都具有節(jié)約燃燒用烴類物質(zhì)的顯著效果，但也暴露出現(xiàn)有工藝對(duì)提高烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化深度與保護(hù)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行很難兩兼顧的缺點(diǎn)，因二段轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣溫度偏高特別是二段轉(zhuǎn)化爐偶然超溫造成的設(shè)備損壞，成為多發(fā)性事故。開停車頻繁，不但給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，使換熱式轉(zhuǎn)化裝置的節(jié)能效果大打折扣，已嚴(yán)重影響到該節(jié)能新工藝的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過(guò)改進(jìn)工藝，克服現(xiàn)有換熱式轉(zhuǎn)化工藝的缺點(diǎn)，解決提高烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化深度與保護(hù)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行這一對(duì)矛盾，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，充分發(fā)揮換熱式轉(zhuǎn)化工藝的節(jié)能效果，以促進(jìn)該節(jié)能新工藝的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是這樣的發(fā)明人經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，保護(hù)換熱式轉(zhuǎn)化爐及其高溫管系安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，在于改進(jìn)換熱式轉(zhuǎn)化工藝流程，工藝改進(jìn)的目標(biāo)必須是在滿足二段轉(zhuǎn)化爐烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化深度的前提下，有效地控制換熱式一段轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口二段轉(zhuǎn)化氣的溫度。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在二段轉(zhuǎn)化爐與換熱式一段轉(zhuǎn)化爐之間，增設(shè)一臺(tái)調(diào)溫廢熱鍋爐，作為控制換熱式一段轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口二段轉(zhuǎn)化氣溫度的手段，調(diào)溫廢熱鍋爐的換熱量即蒸發(fā)量必須是可調(diào)的。這一改進(jìn)工藝可在不影響二段轉(zhuǎn)化爐烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化深度的前提下，把進(jìn)換熱式一段轉(zhuǎn)化爐的二段轉(zhuǎn)化氣的溫度控制在一定范圍，保護(hù)換熱式一段轉(zhuǎn)化爐及其高溫管系的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明的烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化節(jié)能工藝的改進(jìn)工藝的技術(shù)方案構(gòu)成如下在二段轉(zhuǎn)化爐與換熱式一段轉(zhuǎn)化爐之間，增設(shè)一臺(tái)調(diào)溫廢熱鍋爐。二段轉(zhuǎn)化爐出口的高溫工藝氣體，先進(jìn)入調(diào)溫廢熱鍋爐管內(nèi)，與管外的脫鹽水交換部份熱量后，再進(jìn)入換熱式一段轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化管外，向轉(zhuǎn)化管內(nèi)的反應(yīng)物提供熱量。
在調(diào)溫廢熱鍋爐內(nèi)設(shè)有氣體旁路管，調(diào)節(jié)高溫二段轉(zhuǎn)化氣通過(guò)旁路管的流量，在控制調(diào)溫廢熱鍋爐蒸發(fā)量的同時(shí)，有效地控制調(diào)溫廢熱鍋爐出口二段轉(zhuǎn)化氣的溫度在一定范圍。其中進(jìn)入調(diào)溫廢熱鍋爐的二段轉(zhuǎn)化氣溫度為850～1050℃，出調(diào)溫廢熱鍋爐的二段轉(zhuǎn)化氣溫度控制在750～950℃。
本發(fā)明的烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化節(jié)能工藝的改進(jìn)工藝可應(yīng)用于各種烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化制取合成氣的工藝過(guò)程中，包括換熱式過(guò)量空氣自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝、換熱式富氧空氣或純氧自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝、換熱式并聯(lián)半自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝和換熱式串聯(lián)半自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝。
下面，結(jié)合附圖
敘述本發(fā)明的工藝流程。
附圖 烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化節(jié)能工藝的改進(jìn)工藝代表流程示意圖其中1——換熱式一段轉(zhuǎn)化爐2——二段轉(zhuǎn)化爐3——調(diào)溫廢熱鍋爐壓力為0.5～4MPa、預(yù)熱至溫度400～600℃、水碳比為2.5～3.0的原料氣態(tài)烴(代表成份CH4)與水蒸汽的混合氣，進(jìn)入換熱式一段轉(zhuǎn)化爐1的轉(zhuǎn)化管內(nèi)，在內(nèi)管催化劑的催化作用下，借助于轉(zhuǎn)化管外來(lái)自調(diào)溫廢熱鍋爐3的二段轉(zhuǎn)化氣所提供的熱量，氣態(tài)烴與水蒸汽發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)而生成H2、CO和CO2。反應(yīng)進(jìn)行到一定程度后，溫度為600～800℃的一段轉(zhuǎn)化氣離開換熱式一段轉(zhuǎn)化爐1，進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐2頂部，與同時(shí)加入的壓力為0.4～4MPa、預(yù)熱至溫度400～650℃的含氧氣體(空氣、富氧空氣或純氧)和補(bǔ)充水蒸汽激烈湍動(dòng)混合，發(fā)生H2與O2的燃燒反應(yīng)并放出大量的熱量，混合氣體帶著熱量自上而下通過(guò)催化劑床層，在催化劑的催化作用下完成氣態(tài)烴的深度轉(zhuǎn)化反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度即出口溫度達(dá)到850～1050℃時(shí)，高溫工藝氣體離開二段轉(zhuǎn)化爐2，進(jìn)入調(diào)溫廢熱鍋爐3的管內(nèi)，與管外的脫鹽水進(jìn)行熱交換后，離開調(diào)溫廢熱鍋爐3。溫度為90～180℃的脫鹽水進(jìn)入調(diào)溫廢熱鍋爐3后，吸收管內(nèi)高溫二段轉(zhuǎn)化氣的熱量，氣化為水蒸汽，經(jīng)汽水分離后進(jìn)入系統(tǒng)的供熱管網(wǎng)。調(diào)溫廢熱鍋爐3內(nèi)設(shè)有氣體旁路管，部份高溫二段轉(zhuǎn)化氣經(jīng)近路管直達(dá)調(diào)溫廢熱鍋爐3的出口，借助調(diào)節(jié)通過(guò)近路管內(nèi)高溫二段轉(zhuǎn)化氣的流量，可在控制調(diào)溫廢熱鍋爐3蒸發(fā)量的同時(shí)，控制出調(diào)溫廢熱鍋爐3的二段轉(zhuǎn)化氣的溫度。來(lái)自調(diào)溫廢熱鍋爐3，溫度為750～950℃的二段轉(zhuǎn)化氣，進(jìn)入換熱式一段轉(zhuǎn)化爐1的轉(zhuǎn)化管外，將熱量傳遞給轉(zhuǎn)化管內(nèi)的反應(yīng)物，自身溫度降至500～700℃后，離開換熱式一段轉(zhuǎn)化爐1，然后遵循原有工藝流程，經(jīng)換熱降溫后，去轉(zhuǎn)化氣凈化及后加工工序。
發(fā)明人特別指出，改進(jìn)工藝代表流程應(yīng)用于不同的換熱式轉(zhuǎn)化工藝，都可獲得同樣的改進(jìn)效果1.保護(hù)換熱式一段轉(zhuǎn)化爐及其高溫管系安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和檢修周期，減少開停車次數(shù)和事故損失，節(jié)約維持費(fèi)用和運(yùn)行成本。
2.不必因顧及換熱式一段轉(zhuǎn)化爐及其高溫管系的運(yùn)行安全而降低二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)氣態(tài)烴的轉(zhuǎn)化深度，保證二段轉(zhuǎn)化氣中殘余CH4≤0.5％，減少單位產(chǎn)品的原料氣態(tài)烴消耗，節(jié)約轉(zhuǎn)化氣凈化及后加工中的壓縮電耗。
上述改進(jìn)效果無(wú)疑將使換熱式轉(zhuǎn)化工藝的節(jié)能優(yōu)熱得到充分發(fā)揮，促進(jìn)該節(jié)能新工藝的推廣應(yīng)用。
下面結(jié)合改進(jìn)后的換熱式并聯(lián)半自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝的生產(chǎn)實(shí)例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容。
出二段轉(zhuǎn)化爐2的二段轉(zhuǎn)化氣溫度為950℃，殘余CH4含量＜0.5％，流量約為6800Kg/h，進(jìn)入調(diào)溫廢熱鍋爐3的管內(nèi)，與管外的脫鹽水換熱。調(diào)節(jié)通過(guò)旁路管內(nèi)的高溫二段轉(zhuǎn)化氣的流量，將調(diào)溫廢熱鍋爐3出口的二段轉(zhuǎn)化氣溫度控制在860℃。來(lái)自調(diào)溫廢熱鍋爐3的二段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入換熱式一段轉(zhuǎn)化爐1的轉(zhuǎn)化管外，與轉(zhuǎn)化管內(nèi)的反應(yīng)物換熱后，溫度降為560℃離開換熱式一段轉(zhuǎn)化爐1。
出換熱式一段轉(zhuǎn)化爐1的轉(zhuǎn)化氣再經(jīng)換熱降溫后，去轉(zhuǎn)化氣凈化及后加工工序，可供合成約118Kg mol/h的氨。調(diào)溫廢熱鍋爐3加入溫度為140℃的脫鹽水，經(jīng)吸收高溫二段轉(zhuǎn)化氣的部份熱量后，可副產(chǎn)壓力為1.3MPa、溫度為191℃的飽和水蒸汽，送入系統(tǒng)供熱管網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化節(jié)能工藝的改進(jìn)工藝，其特征在于在二段轉(zhuǎn)化爐與換熱式一段轉(zhuǎn)化爐之間，增設(shè)一臺(tái)調(diào)溫廢熱鍋爐；二段轉(zhuǎn)化爐出口的高溫工藝氣體，先進(jìn)入調(diào)溫廢熱鍋爐管內(nèi)，與管外的脫鹽水交換部份熱量后，再進(jìn)入換熱式一段轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化管外，向轉(zhuǎn)化管內(nèi)的反應(yīng)物提供熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)工藝，其特征在于調(diào)溫廢熱鍋爐內(nèi)設(shè)有氣體旁路管，調(diào)節(jié)高溫二段轉(zhuǎn)化氣通過(guò)旁路管的流量，在控制調(diào)溫廢熱鍋爐蒸發(fā)量的同時(shí)，有效地控制調(diào)溫廢熱鍋爐出口二段轉(zhuǎn)化氣的溫度在一定范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)工藝，其特征在于進(jìn)入調(diào)溫廢熱鍋爐的二段轉(zhuǎn)化氣溫度為850～1050℃，出調(diào)溫廢熱鍋爐的二段轉(zhuǎn)化氣溫度控制在750～950℃。
4.權(quán)利要求1-3的任何一項(xiàng)改進(jìn)工藝可應(yīng)用于各種烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化制取合成氣的工藝過(guò)程中。
5.權(quán)利要求4所述的用途，其中各種烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化制取合成氣的工藝包括換熱式過(guò)量空氣自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝、換熱式富氧空氣或純氧自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝、換熱式并聯(lián)半自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝和換熱式串聯(lián)半自熱平衡轉(zhuǎn)化工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種烴類蒸汽換熱式轉(zhuǎn)化節(jié)能工藝的改進(jìn)工藝，即在二段轉(zhuǎn)化爐與換熱式一段轉(zhuǎn)化爐之間，增設(shè)一臺(tái)調(diào)溫廢熱鍋爐，將進(jìn)換熱式一段轉(zhuǎn)化爐的二段轉(zhuǎn)化氣溫度有效地控制在一定范圍，從而可在不影響二段轉(zhuǎn)化爐烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化深度的前提下，保護(hù)換熱式一段轉(zhuǎn)化爐及其高溫管系安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備事故和開停車次數(shù)，節(jié)約能源消耗，擴(kuò)大了該節(jié)能新工藝的推廣范圍。
文檔編號(hào)C01B3/34GK1390778SQ0212426
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者龐玉學(xué), 劉武烈, 萬(wàn)蓉, 魏蜀剛, 龐彪 申請(qǐng)人:龐玉學(xué)