CN109404873A - 一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，在反应器内进行高温费托合成反应，反应区域设置冷管，通过冷管将反应产生大量的反应热移出反应器，副产饱和蒸汽；冷管内通有锅炉水，反应热和锅炉水的热交换通过冷管进行，锅炉水在冷管和汽包间循环，从冷管返回汽包的部分锅炉水气化，在汽包内饱和蒸汽和锅炉水分离，获得饱和蒸汽；将汽包内的饱和蒸汽通入反应器内的过热管，出口得到过热蒸汽。本发明利用高温费托合成反应温度高，放热量大的特点，通过将付产的蒸汽全部或者部分返回反应器内的过热管进行过热，既节省了过热炉的投资及运行成本，又移走了反应过程中产生的热量，很好地进行了能量的合理利用。

Description

一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法
技术领域
本发明涉及一种热量利用方法，尤其是涉及一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法。
背景技术
随着以石油为基础的液体燃料需求量的增大及石油资源可用储量的减少，由煤等固体燃料生产可用的液体燃料的方法越来越受到人们的重视。
目前，以煤为原料生产液体燃料的方法有直接液化和间接液化两种方法。其中间接液化又分为低温费托合成和高温费托合成两种技术，低温费托合成采用浆态床反应器，反应温度在220-260℃；高温费托合成采用流化床反应器，反应温度为330-360℃，费托合成反应方程式为:
nCO+(n+m/2)H2＝CnHm+nH2O+165kJ/molCO (1)
CO+H2O＝CO2+H2+40kJ/molCO (2)
其中式(2)水煤气变换反应为费托合成反应的副反应。
相对来讲高温费托合成产物的碳链更短，产物中不饱和烃含量较高，适合生产附加值较高的化学品，由于反应温度较高，更有利于与热量的回收利用。
目前高温费托合成反应热的移走一般是通过锅炉水循环产生饱和蒸汽，由于饱和蒸汽无法长距离输送，因此工业上需要将饱和蒸汽送入过热炉，通过燃煤或者燃气进行过热。目前的燃煤或燃气过热炉都是占地面积大，装置成本高，热效率较低，而且在化工防爆区内设置燃烧炉也增加了装置的安全风险，另一方面反应的高温气体携带的热量并没有得到很好利用，加重了后续冷却***的热负荷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不增加过热设备的情况下直接利用高温费托合反应热生产过热蒸汽的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，采用以下步骤：
a)在反应器内进行高温费托合成反应，反应气体吹动催化剂成流化状态进行气固两相反应，在反应区域设置冷管，通过冷管将反应产生大量的反应热移出反应器，上述反应热需要及时移走，否则会造成反应器飞温，移走反应热能够维持反应温度稳定，同时副产饱和蒸汽；
b)冷管内通有锅炉水，反应热和锅炉水的热交换通过冷管进行，锅炉水在冷管和汽包间循环，利用冷管和汽包构成移热***，从冷管返回汽包的部分锅炉水气化，在汽包内饱和蒸汽和锅炉水分离，获得饱和蒸汽；
c)将汽包内的饱和蒸汽通入反应器内的过热管，出口得到过热蒸汽。
过热蒸汽可以直接送入管网，也可以与汽包饱和蒸汽掺混送入管网。进入过热管过热的蒸汽可以是汽包副产的蒸汽也可以是其它同压力等级蒸汽，过热后的蒸汽在温度控制阀的调节下与副产饱和蒸汽掺混达过热后送入管网。
所述过热管设置在冷管的上方或与冷管呈相同高度位置排列。
作为优选的实施方式，过热管设置在冷管的上方，可以减小冷管截面积对密相区线速度的影响，冷管区可以充分利用反应热生产饱和蒸汽。
所述冷管及过热管由1组或多组U型管或螺旋盘管构成，采用的管道为光壁管、翅片管或波纹管。
高温费托合成反应的反应温度为280-380℃，反应压力为1.0-5.0MPa，副产1.5-5.5MPa饱和蒸汽。
所述过热蒸汽的温度为40-100℃。
不同工况下高温费托合成反应蒸汽过热所需的热量约占反应器放热量的10-30％左右，因此过热管所需要的换热面积小于冷管的换热面积，反应区有足够的空间安装换热管；高温费托合成又有足够高的温度用于饱和蒸汽的过热，因此本发明对于提高高温费托合成热量的综合利用有重要意义。相比传统的副产饱和蒸汽方法，本专利节省了过热炉的固定投资及操作费用，同时也提高了高温费托合成反应热的综合利用效率，简化了蒸汽过热的操作。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中，1-反应器；2-汽包；3-移热冷管；4-过热管；5-温度调节阀；6-汽包压力调节阀；7-锅炉水循环泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其工艺流程如图1所示，主要包括以下三个过程：
a)高温费托合成反应：高温费托合成在反应器1内进行，高温费托合成反应的反应温度为280-380℃，反应压力为1.0-5.0MPa，反应气体吹动催化剂成流化状态进行气固两相反应，主要的反应区域在冷管3附近，反应生成烃类并产生大量的反应热，必须及时移走，否则会造成反应器飞温。
b)移走反应热，副产饱和蒸汽：反应器移热***分为冷管3和汽包2两个装置，锅炉水通过锅炉水循环泵7在冷管和汽包间循环，从冷管3返回汽包2的部分锅炉水气化，在汽包内饱和蒸汽和锅炉水分离，在汽包2上还设置有汽包压力调节阀6。反应热和锅炉水的热交换通过冷管3进行，本过程主要作用是移走反应热，维持反应温度稳定，同时副产1.5-5.5MPa的饱和蒸汽；
c)蒸汽过热送管网：将蒸汽通入反应器内的过热管4，出口得到40-100℃的过热蒸汽，过热管4设置在冷管3的上方或与冷管3呈相同高度位置排列，为了获得更好的效果，如图1所示，将过热管4设置在冷管3的上方，冷管3及过热管4由1组或多组U型管或螺旋盘管构成，采用的管道为光壁管、翅片管或波纹管。过热蒸汽可以直接送入管网，也可以与汽包饱和蒸汽掺混送入管网。进入过热管过热的蒸汽可以是汽包副产的蒸汽也可以是其它同压力等级蒸汽，过热后的蒸汽在温度调节阀5的调节下与副产饱和蒸汽掺混达过热后送入管网。
以下为利用上述工艺过程在实际操作中运用的具体实施例
实施例1
60万吨/年的高温费托合成反应器，直径7.5米，满负荷运行放热量121MW，反应温度350℃，副产4.4MPa饱和蒸汽，按本专利设置反应器自过热时计算参数如下表：
反应温度 350 ℃
冷管换热面积 1382 m<sup>2</sup>
副产蒸汽等级 4.4 Mpa
副产蒸汽量 261 t/h
换热管规格 114.3*8.8 mm
冷管换热面积 1382 m<sup>2</sup>
8米长冷管根数 574 根
蒸汽过热温度 60 ℃
过热管的面积 953 m<sup>2</sup>
8米长过热管根数 360 根
实施例2
高温费托合成反应器，直径7.5米，满负荷运行放热量121MW，反应温度350℃，副产3.0MPa饱和蒸汽，按本专利设置反应器自过热时计算参数如下表：
反应温度 350 ℃
冷管换热面积 1106 m<sup>2</sup>
副产蒸汽等级 3 Mpa
副产蒸汽量 261 t/h
换热管规格 114.3*8.8 mm
冷管换热面积 1106 m<sup>2</sup>
8米长冷管根数 460 根
蒸汽过热温度 75 ℃
过热管的面积 984 m<sup>2</sup>
8米长过热管根数 372 根
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
a)在反应器(1)内进行高温费托合成反应，在反应区域设置冷管(3)，通过冷管(3)将反应产生大量的反应热移出反应器(1)，副产饱和蒸汽；
b)冷管(3)内通有锅炉水，反应热和锅炉水的热交换通过冷管(3)进行，锅炉水在冷管(3)和汽包(2)间循环，从冷管(3)返回汽包(2)的部分锅炉水气化，在汽包内饱和蒸汽和锅炉水分离，获得饱和蒸汽；
c)将汽包内的饱和蒸汽通入反应器内的过热管(4)，出口得到过热蒸汽。
2.根据权利要求1所述的一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，所述过热蒸汽直接送入管网或者与汽包饱和蒸汽和/或其它同压力等级蒸汽掺混送入管网。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，所述过热蒸汽经温度控制阀调节后送入管网。
4.根据权利要求1所述的一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，所述过热管(4)设置在冷管(3)的上方或与冷管(3)呈相同高度位置排列。
5.根据权利要求4所述的一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，所述过热管(4)优选设置在冷管(3)的上方。
6.根据权利要求1或4或5所述的一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，所述冷管(3)及过热管(4)由1组或多组U型管或螺旋盘管构成，采用的管道为光壁管、翅片管或波纹管。
7.根据权利要求1所述的一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，高温费托合成反应的反应温度为280-380℃，反应压力为1.0-5.0MPa，副产1.5-5.5MPa饱和蒸汽。
8.根据权利要求1所述的一种利用高温费托合成反应热副产过热蒸汽的方法，其特征在于，所述过热蒸汽的温度为40-100℃。
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