專利名稱：碳氨生產(chǎn)變換系統(tǒng)熱能自備工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于化肥碳酸氫氨生產(chǎn)工藝及設(shè)備，特別是生產(chǎn)過程中半水煤氣變換系統(tǒng)的節(jié)能降耗工藝。
背景技術(shù)：
碳酸氫氨整個(gè)生產(chǎn)工藝中用到大量的熱能，變換系統(tǒng)就需要大量的熱能，用來供給變換系統(tǒng)水蒸氣和保持變換溫度。變換系統(tǒng)的作用是將前一系統(tǒng)的半水煤氣經(jīng)觸煤變換成為CO2和H2，供下一碳化系統(tǒng)用?，F(xiàn)有的變換系統(tǒng)工作方式是由造氣系統(tǒng)送來的經(jīng)加壓至適當(dāng)壓力的半水煤氣進(jìn)入飽和塔，在飽和塔中噴入經(jīng)加熱的水及水蒸氣成為混合氣，然后通過輸送管道送到變換爐，在進(jìn)入變換爐前，另通過鍋爐向輸送管道中加入水蒸氣，在整個(gè)系統(tǒng)初次開車運(yùn)行時(shí)，有輔助加熱裝置對飽和半水煤氣進(jìn)行加熱，又用熱交換裝置利用變換爐的反應(yīng)熱對飽和半水煤氣進(jìn)行加熱后，進(jìn)入變換爐一段，經(jīng)三段左右的變換成為以CO2和H2為主的變換氣，變換氣再通過幾級熱交換裝置降溫后送至下一碳化系統(tǒng)，熱交換中的熱水即噴入飽和塔中，系統(tǒng)中的水為軟化水。在變換過程中，需另由鍋爐供水蒸氣，一是提供變換所需的H2O，二是提高進(jìn)入變換爐中的混合氣體的溫度。為保持變換溫度和利用變換熱，在變換爐每一段變換后，均通過管道將混合氣引出變換爐，以熱交換方式給進(jìn)入變換爐的混合氣升溫，使經(jīng)變換后的混合氣降溫，直至經(jīng)三次變換后，仍用變換后的變換氣給水加熱。這種變換系統(tǒng)的工作方式要另用鍋爐，雖經(jīng)多次熱交換，利用了變換過程產(chǎn)生的熱，但因其熱交換均在變換爐外且氣、水流程不盡合理，影響了效率，熱能有損失，一方面要另用鍋爐提供水蒸氣和熱，另一方面系統(tǒng)自身產(chǎn)生的大量熱沒有被充分合理的利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以省去鍋爐，節(jié)能降耗的碳氨生產(chǎn)變換系統(tǒng)熱能自備工藝及設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)方案是由飽和塔、熱水塔、熱交換裝置、變換爐構(gòu)成變換系統(tǒng)，變換爐有二段以上觸煤層，在熱水塔和熱交換裝置之間有預(yù)熱水塔，變換爐內(nèi)觸媒層下方有內(nèi)熱交換裝置或產(chǎn)汽熱交換裝置，且一個(gè)變換爐中至少包括有內(nèi)熱交換裝置和產(chǎn)汽熱交換裝置各一套，來自前一系統(tǒng)的半水煤氣進(jìn)入飽和塔，來自前一系統(tǒng)的軟化水分別進(jìn)入熱水塔和預(yù)熱水塔，經(jīng)飽和塔出來的半水煤氣混合氣依次進(jìn)入變換爐中的內(nèi)熱交換裝置中進(jìn)行熱交換，再依次逐級進(jìn)入觸煤層內(nèi)進(jìn)行變換，每級變換后在內(nèi)熱交換裝置中與進(jìn)入變換爐的混合氣進(jìn)行熱交換，在產(chǎn)汽熱交換裝置中與進(jìn)入變換爐的軟化水進(jìn)行熱交換，在最后一級變換后成為以CO2、H2為主的變換氣，出變換爐再進(jìn)入熱交換裝置中，與來自預(yù)熱水塔的軟化水進(jìn)行熱交換后依次進(jìn)入預(yù)熱水塔、熱水塔中，再與軟化水進(jìn)行熱交換并回收變換氣中的水，出熱水塔后到下一系統(tǒng)，進(jìn)入熱水塔中的軟化水經(jīng)水泵抽吸噴入飽和塔再回流到熱水塔中，進(jìn)入預(yù)熱水塔中的軟化水，經(jīng)水泵抽入熱交換裝置中與變換爐中出來的變換氣進(jìn)行熱交換，再進(jìn)入變換爐中產(chǎn)汽熱交換裝置中進(jìn)行熱交換，生成的水蒸氣出變換爐，再進(jìn)入變換爐中的觸媒層與半水煤氣同時(shí)依次逐級進(jìn)行變換，余水排出變換爐。
產(chǎn)汽熱交換裝置有位于下方的水道和位于上方的汽道，水道和汽道之間有連接管，水道有一個(gè)排水口。
由于觸煤變換過程是放熱反應(yīng)，經(jīng)每一級變換后的混合氣或變換氣均要適當(dāng)降溫，而第一級觸煤層要保持一定的變換溫度，因此，進(jìn)入變換爐第一級觸煤層前的半水煤氣、混合氣、軟化水要升溫，熱交換時(shí)是吸收熱量；出第一級觸煤層后的混合氣或變換氣要降溫，熱交換時(shí)是放出熱量。第一級觸媒層是指首次通過混合氣進(jìn)行變換的那一段觸媒經(jīng)測算，變換熱完全可以滿足第一級觸煤層的溫度需要和軟化水汽化的需要，本發(fā)明將原來在變換爐外的熱交換裝置，設(shè)于變換爐內(nèi)，縮短了流程，減少了熱能損失，進(jìn)而提高了熱交換效率，其中有的觸煤層下方為產(chǎn)汽熱交換裝置，用于使軟化水吸收變換熱，進(jìn)一步提高軟化水的溫度，使其汽化，從而省去了另外加水蒸汽和鍋爐，達(dá)到了無鍋爐熱能自備的目的。
為使半水煤氣初步加濕并除去其中的雜質(zhì)，用熱水塔中的軟化水經(jīng)水泵抽吸噴入飽和塔再回流到熱水塔中。由于一般飽和塔下設(shè)熱水塔，以便回收飽和塔中的水，本發(fā)明也采用這種方式。原系統(tǒng)沒有的預(yù)熱水塔專用于軟化水加熱和回收變換氣中的水。產(chǎn)汽熱交換裝置中少量未生成水蒸氣的余水可排入熱水塔中。
由于采用加裝預(yù)熱水塔、內(nèi)熱交換裝置和產(chǎn)汽熱交換裝置并改變氣、水的流程，提高了熱交換效率，從而使本發(fā)明可以省去另加的鍋爐，實(shí)現(xiàn)熱能自備，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖，圖中標(biāo)號4為有內(nèi)熱交換裝置和產(chǎn)汽熱交換裝置的變換爐剖面示意圖，圖中單線加箭頭為半水煤氣、混合氣、變換氣的流經(jīng)管道和方向，雙線加箭頭為軟化水、水蒸氣的流經(jīng)管道和方向。
圖2為本發(fā)明的產(chǎn)汽熱交換裝置剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，由飽和塔1、熱水塔2、熱交換裝置3、變換爐4構(gòu)成變換系統(tǒng)，變換爐4有二段以上觸煤層5，本實(shí)施例按最常見的三段設(shè)置，在熱水塔2和熱交換裝置3之間有預(yù)熱水塔8，變換爐4內(nèi)觸媒層5下方有內(nèi)熱交換裝置6或產(chǎn)汽熱交換裝置7，本實(shí)施例最下一段觸媒層5下方為產(chǎn)汽熱交換裝置7，上兩段觸媒層5的下方為內(nèi)熱交換裝置6，來自前一系統(tǒng)的半水煤氣進(jìn)入飽和塔1，來自前一系統(tǒng)的軟化水分別進(jìn)入熱水塔2和預(yù)熱水塔8，經(jīng)飽和塔1出來的半水煤氣混合氣依次進(jìn)入變換爐4中的內(nèi)熱交換裝置6中進(jìn)行熱交換，再依次進(jìn)入觸煤層5內(nèi)進(jìn)行變換，每級變換后在內(nèi)熱交換裝置6中與進(jìn)入變換爐4的混合氣進(jìn)行熱交換，在產(chǎn)汽熱交換裝置7中與進(jìn)入變換爐4的軟化水進(jìn)行熱交換，在最后一級變換后成為以CO2、H2為主的變換氣，出變換爐4再進(jìn)入熱交換裝置3中，與來自預(yù)熱水塔8的軟化水進(jìn)行熱交換后依次進(jìn)入預(yù)熱水塔8、熱水塔2中，再與軟化水進(jìn)行熱交換并回收變換氣中的水，出熱水塔2后可以再經(jīng)輔助換熱設(shè)備進(jìn)一步降溫到規(guī)定溫度后到下一系統(tǒng)，進(jìn)入熱水塔2中的軟化水經(jīng)水泵抽吸噴入飽和塔1再回流到熱水塔2中，進(jìn)入預(yù)熱水塔8中的軟化水，經(jīng)水泵抽入熱交換裝置3中與變換爐4中出來的變換氣進(jìn)行熱交換，再進(jìn)入變換爐4中產(chǎn)汽熱交換裝置7中進(jìn)行熱交換，生成的水蒸氣出變換爐4，進(jìn)入變換爐4中的觸媒層與半水煤氣同時(shí)依次逐級進(jìn)行變換，余水排出變換爐4，本實(shí)施例中，由產(chǎn)汽熱交換裝置7產(chǎn)生的水蒸氣與半水煤氣同時(shí)進(jìn)入變換爐4中的內(nèi)熱交換裝置6中，使水蒸氣與半水煤氣混合后依次逐級進(jìn)入觸媒層5進(jìn)行變換。也可使產(chǎn)生的水蒸氣直接進(jìn)入變換爐4中首次進(jìn)行變換的觸媒層5來與經(jīng)加熱的半水煤氣進(jìn)行變換，只要保證水蒸氣與半水煤氣在首次變換前混合，并依次逐級進(jìn)行變換即可。
如圖2所示，產(chǎn)汽熱交換裝置7有位于下方的水道9和位于上方的汽道10，水道9和汽道10之間有連接管11，水道9有一個(gè)排水口12。進(jìn)入產(chǎn)汽熱交換裝置7中的軟化水應(yīng)控制水位在連接管11之中，以保證熱交換效率，水位太低，熱交換面積減小，效率低，水位高至汽道10，不利于產(chǎn)汽和水蒸氣的流通。有時(shí)，產(chǎn)汽熱交換裝置7還可以將多產(chǎn)出的水蒸氣供其他使用。實(shí)際應(yīng)用中，排水口12排出的余水一方面可排入熱水塔中，另一方面也是利用余水帶出水中的雜質(zhì)，以免雜質(zhì)在管道中集聚堵塞，排水口12有一個(gè)閥門用于控制。汽道10可另加一個(gè)出口并加閥門，當(dāng)有多余的水蒸氣時(shí)可由此排出。調(diào)節(jié)進(jìn)入產(chǎn)汽熱交換裝置7中軟化水的水位可以調(diào)節(jié)產(chǎn)出的水蒸氣的溫度。當(dāng)水位高時(shí)，水的換熱面積增大，吸收熱量大，水蒸氣的換熱面積減小，產(chǎn)出的水蒸氣溫度低，反之，水位低，水的換熱面積小，水蒸氣的換熱面積大，產(chǎn)出的水蒸氣溫度高。產(chǎn)出的水蒸氣進(jìn)入變換爐4中，可以影響進(jìn)入變換爐4的混合氣的溫度和第一級觸媒層5的溫度，因此，產(chǎn)汽熱交換裝置7具有原有的蒸汽過熱器的作用，并還可用于調(diào)節(jié)第一級觸媒層5的溫度。
產(chǎn)汽熱交換裝置7在圖1圖2中表現(xiàn)的為原理結(jié)構(gòu)示意，安裝在變換爐4中時(shí)為多排串接排列或盤旋的方式。
變換爐4中觸媒層5下的熱交換裝置必須保證有一個(gè)內(nèi)熱交換裝置6和一個(gè)產(chǎn)汽熱交換裝置7，如變換爐4有二段觸媒層5，則其中各有一個(gè)內(nèi)熱交換裝置6和產(chǎn)汽熱交換裝置7，如為三段以上觸媒層5則只要保證包括有內(nèi)熱交換裝置6和產(chǎn)汽熱交換裝置7即可。本發(fā)明實(shí)施例變換爐4中的觸媒層5設(shè)為三段，其中最下一段觸媒層5下方為產(chǎn)汽熱交換裝置7，上兩段觸媒層5的下方為普通的內(nèi)熱交換裝置6，進(jìn)入變換爐4中的半水煤氣和水蒸氣，依次經(jīng)第二段內(nèi)熱交換裝置6加熱，通過第二段觸媒層5中的管道進(jìn)入第一段內(nèi)熱交換裝置6加熱，通過第一段觸媒層5中的管道進(jìn)入最上層后，以第一段觸媒層5為第一級觸媒層，按從上向下的順序逐級開始進(jìn)行變換。
熱交換裝置3可以有兩級以上，可以按現(xiàn)有系統(tǒng)的方式設(shè)四級左右，在這種情況下，也可在某兩級熱交換裝置3之間加一級低溫變換爐以提高變換率，加裝方式與常規(guī)相同。
本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，也需要一個(gè)輔助加熱裝置和外加水蒸汽，在初次開車運(yùn)行時(shí)，輔助加熱裝置對進(jìn)入變換爐的半水煤氣和外加水蒸汽進(jìn)行加熱，以使第一級觸媒層達(dá)到要求的溫度，系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行后，輔助加熱裝置即停止不再起作用，并停止外加水蒸氣，熱能和水蒸氣均由本發(fā)明系統(tǒng)自供。系統(tǒng)運(yùn)行中，有時(shí)第一級觸媒層的溫度可能會偏高，這時(shí)可利用上述產(chǎn)汽熱交換裝置7的調(diào)溫作用進(jìn)行調(diào)溫，也可用噴水等常規(guī)方式進(jìn)行適當(dāng)降溫。
本發(fā)明中，飽和塔、熱水塔(預(yù)熱水塔)和熱交換裝置與常規(guī)飽和塔、熱水塔和熱交換裝置相同，飽和塔中的水也是通過一段有存水彎管形成的水封回流到熱水塔，變換爐的變換原理和主體結(jié)構(gòu)、裝置，與常規(guī)變換爐相同，只是將原來引出變換爐外的熱交換裝置設(shè)于變換爐內(nèi)，內(nèi)熱交換裝置的原理結(jié)構(gòu)與原來引出變換爐外的熱交換裝置相同。整個(gè)變換系統(tǒng)與原有系統(tǒng)的變換原理相同，可采取的技術(shù)手段相同，各種技術(shù)參數(shù)均可按常規(guī)要求確定，控制操作按常規(guī)要求進(jìn)行。氣需要加壓，水需要加泵，各管道需要加閥門等，均按常規(guī)要求設(shè)置。
本發(fā)明系統(tǒng)半水煤氣來自前一造氣系統(tǒng)，軟化水來自前一水軟化系統(tǒng)，經(jīng)變換、熱交換后的變換氣送入后一碳化系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種碳氨生產(chǎn)變換系統(tǒng)熱能自備工藝及設(shè)備，由飽和塔(1)、熱水塔(2)、熱交換裝置(3)、變換爐(4)構(gòu)成變換系統(tǒng)，變換爐有二段以上觸煤層(5)，其特征在于在熱水塔(2)和熱交換裝置(3)之間有預(yù)熱水塔(8)，變換爐(4)內(nèi)觸媒層(5)下方有內(nèi)熱交換裝置(6)或產(chǎn)汽熱交換裝置(7)，且一個(gè)變換爐(4)中至少包括有內(nèi)熱交換裝置(6)和產(chǎn)汽熱交換裝置(7)各一套，來自前一系統(tǒng)的半水煤氣進(jìn)入飽和塔(1)，來自前一系統(tǒng)的軟化水分別進(jìn)入熱水塔(2)和預(yù)熱水塔(8)，經(jīng)飽和塔(1)出來的半水煤氣混合氣依次進(jìn)入變換爐(4)中的內(nèi)熱交換裝置(6)中進(jìn)行熱交換，再依次逐級進(jìn)入觸煤層(5)內(nèi)進(jìn)行變換，每級變換后在內(nèi)熱交換裝置(6)中與進(jìn)入變換爐(4)的混合氣進(jìn)行熱交換，在產(chǎn)汽熱交換裝置(7)中與進(jìn)入變換爐(4)的軟化水進(jìn)行熱交換，在最后一級變換后成為以CO2、H2為主的變換氣，出變換爐(4)再進(jìn)入熱交換裝置(3)中，與來自預(yù)熱水塔(8)的軟化水進(jìn)行熱交換后依次進(jìn)入預(yù)熱水塔(8)、熱水塔(2)中，再與軟化水進(jìn)行熱交換并回收變換氣中的水，出熱水塔(2)后到下一系統(tǒng)，進(jìn)入熱水塔(2)中的軟化水經(jīng)水泵抽吸噴入飽和塔(1)再回流到熱水塔(2)中，進(jìn)入預(yù)熱水塔(8)中的軟化水，經(jīng)水泵抽入熱交換裝置(3)中與變換爐(4)中出來的變換氣進(jìn)行熱交換，再進(jìn)入變換爐(4)中產(chǎn)汽熱交換裝置(7)中進(jìn)行熱交換，生成的水蒸氣出變換爐(4)，再進(jìn)入變換爐(4)中的觸媒層(5)與半水煤氣同時(shí)依次逐級進(jìn)行變換，余水排出變換爐(4)。
2.如權(quán)利要求1的碳氨生產(chǎn)變換系統(tǒng)熱能自備工藝及設(shè)備，其特征在于所述的產(chǎn)汽熱交換裝置(7)有位于下方的水道(9)和位于上方的汽道(10)，水道(9)和汽道(10)之間有連接管(11)，水道有一個(gè)排水口(12)。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于化肥碳酸氫氨生產(chǎn)工藝及設(shè)備，特別是生產(chǎn)過程中半水煤氣變換系統(tǒng)的節(jié)能降耗工藝。碳酸氫氨整個(gè)生產(chǎn)工藝中用到大量的熱能，變換系統(tǒng)就需要大量的熱能，用來供給變換系統(tǒng)水蒸氣和保持變換溫度。變換系統(tǒng)的作用是將前一系統(tǒng)的半水煤氣經(jīng)觸煤變換成為CO
文檔編號C01C1/00GK1483672SQ0312522
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者陶維君 申請人:陶維君