CN112456437B - 一种***阻力小、综合消耗低的节能耐硫变换***及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合成氨生产过程技术领域，尤其涉及一种***阻力小、综合消耗低的节能耐硫变换***及工艺，包括粗煤气变换反应和变换气降温处理，变换工艺流程中等温变换炉和绝热变换炉搭配并联使用，回收高品位蒸汽；多级变换炉间优化工艺气体路线，降低***阻力；优化***能量回收方式，减少蒸汽等级数，全流程优化减少蒸汽补加量，降低综合消耗。

Description

一种***阻力小、综合消耗低的节能耐硫变换***及工艺
技术领域
本发明属于合成氨生产过程技术领域，尤其涉及一种***阻力小、综合消耗低的节能耐硫变换***及工艺。
背景技术
CO 变换是合成氨生产过程中的重要工序。粉煤加压气化、水煤浆加压气化以及天然气转化等高水气比、高CO水煤气相配套的变换装置不仅要完成CO的转化任务，同时要兼顾完成前工序带进变换***热量的回收任务，特别是近年来随着氮肥生产工艺的进步及新型煤气化技术的推广应用，连续气化技术得到了前所未有的发展，变换气中的CO含量在传统的30%基础上不断提高，有的甚至到了70% - 85%，如果CO浓度在65%以上，传统CO变换反应将十分剧烈，变换难度极大，反应温度也难以控制，目前国内运行的高水气比、高一氧化碳的变换基本上都采用钴钼系催化剂宽温变换工艺。由于CO浓度高，水气比高，生产中如果增加第一变换炉催化剂用量，稍有不慎第一变换炉催化剂被烧掉；减少第一变换炉催化剂用量，虽然解决了超温难题,但催化剂使用寿命短,一年就要更换一次，催化剂运行周期短，不适应大型化装置的要求；目前,加压气化水煤气的变换为大多数为四段绝热，第一变换炉分两段并联进气，***静止设备为24台，其中换热设备10台，工艺路线长，***阻力达到了0.6MPa以上，热能回收有0.5MPa、1.5MPa、2.5MPa的饱和蒸汽以及100℃、180℃、220℃的热水，吨氨冷却水消耗高达7800Kg。***低品位热能较多，运行能耗高。
水煤浆气化的变换工艺虽然CO浓度偏低一些，采用的变换技术仍为三段或四段绝热反应的工艺流程，水煤气或变换气每一阶段显热和潜热的回收均需要单独一台间接换热设备，壳牌 shell 、航天炉粉煤气化工艺变换工序存在与水煤浆变换同样的问题，均为工艺路线长、工程投资大、***阻力大、低品位热能多和能耗高等缺陷，随着煤价不断攀升，变换装置已成为各类煤化工企业降低综合能耗，降低产品成本的主要工序。
发明内容
本发明的目的是提供一种***阻力小、综合消耗低的节能耐硫变换***及工艺，变换工艺流程中等温变换炉和绝热变换炉搭配并联使用，回收高品位蒸汽；多级变换炉间优化工艺气体路线，降低***阻力；优化***能量回收方式，减少蒸汽等级数。全流程优化减少蒸汽补加量，降低综合消耗。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种***阻力小、综合消耗低的节能耐硫变换***，包括将来自气化工段的粗煤气进行分离的第一气液分离器，与第一气液分离器相连的变换炉进料换热器，从变换炉进料换热器出来的气体分两路分别进入第一脱毒槽和第二脱毒槽中，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的气体分别分两路，从第一脱毒槽出来的一路气体进入第一变换炉，从第二脱毒槽出来的一路气体进入第二变换炉，从第一变换炉和第二变换炉出来的气体汇合以后进入变换炉进料气换热器管程，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的另一路气体进入第三变换炉，从第三变换炉出口的气体与变换炉进料气换热器管程的气体汇合进入第一中压蒸发冷凝器，所述第一中压蒸发冷凝器出口与第四变换炉进口相连，从第四变换炉出来的气体与喷入的锅炉水接触换热后经过喷水净化器分离出未汽化的水并排放，分离出来的气体进入第二中压蒸发冷凝器后再经过冷凝液加热器降温后进入第五变换炉，从第五变换炉出来的气体进入第一低压蒸发冷凝器降温后进入第六变换炉，从第六变换炉出来的变换气经过降温***处理以后即可，首次将第三、第四、第五变换炉融为一体进行工艺平衡，进入第三变换炉的煤气与第四变换炉、第五变换炉入口联通，可根据气体组分调整各级变换炉负荷分配，控制出口CO含量指标，另外直连管线有效降低了***阻力，降低***综合能耗，节能效果好。
进一步的，所述降温***包括锅炉给水预热器，与锅炉给水预热器出口相连的第二低压蒸发冷凝器，所述第二低压蒸发冷凝器出口与第三低压蒸发冷凝器相连，从第三低压蒸发冷凝器出口的变换气进入第二气液分离器分离出蒸汽冷凝液，变换气进入冷凝液预热器降温以后进入第一变换气水冷器管程换热以后进入第二变换气水冷器管程后进入第三气液分离器分离出变换器中的冷凝液。
进一步的，所述变换炉进料换热器设有管程和壳程，从第一气液分离器出来的气体进入变换炉进料换热器壳程和管程内来自第一变换炉的气体换热。
进一步的，所述第一变换炉、第二变换炉、第四变换炉、第五变换炉和第六变换炉为绝热变换炉，第三变换炉为等温变换炉，本发明变换工艺流程中等温变换炉和绝热变换炉搭配并联使用，回收高品位蒸汽，多级变换炉间优化工艺气体路线，降低***阻力，优化***能量回收方式，减少蒸汽等级数。全流程优化减少蒸汽补加量，降低综合消耗。
一种***阻力小、综合消耗低的节能耐硫变换***的变换工艺，包括以下步骤：
（1）粗煤气变换反应：将来自气化工段3.718MPa、211℃的粗煤气经过阀门进入第一气液分离器，分离粗煤气中的冷凝液后，进入变换炉进料换热器壳程，之后分两路分别经第一脱毒槽和第二脱毒槽脱除气体中的杂质，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的气体分别分两路，从第一脱毒槽出来的一路气体进入第一变换炉，从第二脱毒槽出来的一路气体进入第二变换炉，从第一变换炉和第二变换炉出来的气体汇合以后进入变换炉进料气换热器管程，将粗煤气升温到260℃后，自身降低到311℃，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的另一路粗煤气进入第三变换炉等温变换后维持290℃，CO含量35%，从第三变换炉出口的气体与变换炉进料气换热器管程的气体汇合进入第一中压蒸发冷凝器换热后得到温度为240℃、1.5MPa的饱和蒸汽，而后进入第四变换炉反应至温度434℃，CO含量6.7%后，经喷入锅炉水降温为338℃再经喷水净化器，分离出未汽化的水，分离出来的气体经过第二中压蒸发冷凝器降温至274℃，2.5MPa的蒸汽，再经冷凝液加热器降温至220℃，进入第五变换炉反应至温度260℃，CO含量降为1.0%为止，从第五变换炉出来的气体进入第一低压蒸发冷凝器降温并以0.5 MPa低压蒸汽进入第六变换炉至变换炉出口变换气CO低于0.4%温度204℃即完成粗煤气的变换反应；
（2）变换气降温处理：将来自步骤（1）的变换气经锅炉给水预热器降温至181℃，再经过并联的第二低压蒸发冷凝器和第三低压蒸发冷凝器副产0.3MPa温度145℃的饱和蒸汽，进如第二分离器分离出蒸汽冷凝液，变换气进入冷凝液预热器降温至84℃，进入第一变换气水冷器管程，降温至40℃，进入第二变换气水冷器管程降温至24℃，最后经过第三气液分离器，分离出变换气中的冷凝液，即完成对变换气的降温，将该变换气送往低温甲醇洗工段即可。
本发明具有的优点是：
1.本发明变换工艺流程中等温变换炉和绝热变换炉搭配并联使用，回收高品位蒸汽，多级变换炉间优化工艺气体路线，降低***阻力，优化***能量回收方式，减少蒸汽等级数，全流程优化减少蒸汽补加量，降低综合消耗；
2.首次将第三、第四、第五变换炉融为一体进行工艺平衡，进入第三变换炉的煤气与第四变换炉、第五变换炉入口联通，可根据气体组分调整各级变换炉负荷分配，控制出口CO含量指标，另外直连管线有效降低了***阻力，降低***综合能耗，节能效果好；
3.根据能量回收方式的变化，解决蒸汽回收品位多、品位低的问题，新工艺流程回收蒸汽品位主要集中在2.5Mpa、0.3Mpa；
4.节能型变换工艺技术中使用等温变换炉对热效应大的化工过程反应器探索出了一条改进的方向，提供了类似合成氨装置的扩产节能改造及油改煤、气改煤装置中甲烷转化装置 CO 变换流程优化改进的依据，不仅适用新上合成氨装置，同时也可用来改造已投入运行高能耗变换装置，破解了长期困扰企业的技术装备难题，节能型变换工艺不仅可彻底消除制约装置高负荷生产运行的瓶颈，而且也给企业带来了明显的经济效益和社会效益，按照0.5 MPa、1.5MPa、2.5MPa蒸汽价格为80元/ｔ、120元/ｔ、 150元/ｔ以及原料煤、电价、循环水等分别为850元/ｔ、0.45元/ｋＷｈ、0.8元/ｔ并把加热脱盐水、除氧水工艺冷凝水、消耗的冷却水等全部按照热能折算为23ＭＪ的煤耗计算。与传统变换工艺相比，节能型变换工艺吨氨可以节省142元的运行费用，对于单套600ｋｔ/ａ合成氨装置，全年可以节省8520万元。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
如图所示，将来自气化工段3.718MPa、211℃的粗煤气经过阀门进入第一气液分离器1，分离粗煤气中的冷凝液后，进入变换炉进料换热器2壳程，之后分两路分别经第一脱毒槽3和第二脱毒槽4脱除气体中的杂质，从第一脱毒槽3和第二脱毒槽4出来的气体分别分两路，从第一脱毒槽3出来的一路气体进入第一变换炉5，从第二脱毒槽4出来的一路气体进入第二变换炉6，从第一变换炉5和第二变换炉6出来的气体汇合以后进入变换炉进料气换热器2管程，将粗煤气升温到260℃后，自身降低到311℃，从第一脱毒槽3和第二脱毒槽4出来的另一路粗煤气进入第三变换炉7等温变换后维持290℃，CO含量35%，从第三变换炉7出口的气体与变换炉进料气换热器2管程的气体汇合进入第一中压蒸发冷凝器8换热后得到温度为240℃、1.5MPa的饱和蒸汽，而后进入第四变换炉9反应至温度434℃，CO含量6.7%后，经喷入锅炉水降温为338℃再经喷水净化器10，分离出未汽化的水，分离出来的气体经过第二中压蒸发冷凝器11降温至274℃，2.5MPa的蒸汽，再经冷凝液加热器12降温至220℃，进入第五变换炉13反应至温度260℃，CO含量降为1.0%为止，从第五变换炉13出来的气体进入第一低压蒸发冷凝器14降温并以0.5 MPa的低压蒸汽进入第六变换炉15至变换炉出口变换气CO低于0.4%温度204℃即完成粗煤气的变换反应，将变换气经锅炉给水预热器16降温至181℃，再经过并联的第二低压蒸发冷凝器17和第三低压蒸发冷凝18器副产0.3MPa温度145℃的饱和蒸汽，进入第二气液分离器19分离出蒸汽冷凝液，变换气进入冷凝液预热器20降温至84℃，进入第一变换气水冷器21管程，降温至40℃，进入第二变换气水冷器22管程降温至24℃，最后经过第三气液分离器23，分离出变换气中的冷凝液，即完成对变换气的降温，将该变换气送往低温甲醇洗工段即可，所述第一变换炉5、第二变换炉6、第四变换炉9、第五变换炉13和第六变换炉15为绝热变换炉，第三变换炉7为等温变换炉，本发明变换工艺流程中等温变换炉和绝热变换炉搭配并联使用，回收高品位蒸汽，多级变换炉间优化工艺气体路线，降低***阻力，优化***能量回收方式，减少蒸汽等级数，全流程优化减少蒸汽补加量，降低综合消耗。
对比实验
目前,加压气化水煤气的变换为大多数为四段绝热，第一变换炉分两段并联进气，***静止设备为24台，其中换热设备10台，工艺路线长，***阻力达到了0.6MPa以上，热能回收有0.5MPa、1.5MPa、2.5MPa的饱和蒸汽以及100℃、180℃、220℃的热水，吨氨冷却水消耗高达7800Kg，***低品位热能较多，运行能耗高。水煤浆气化的变换工艺虽然CO浓度偏低一些，采用的变换技术仍为三段或四段绝热反应的工艺流程；节能型变换工艺技术中使用等温变换炉对热效应大的化工过程反应器探索出了一条改进的方向，提供了类似合成氨装置的扩产节能改造及油改煤、气改煤装置中甲烷转化装置 CO 变换流程优化改进的依据，不仅适用新上合成氨装置，同时也可用来改造已投入运行高能耗变换装置，破解了长期困扰企业的技术装备难题。节能型变换工艺不仅可彻底消除制约装置高负荷生产运行的瓶颈，而且也给企业带来了明显的经济效益和社会效益。
按照0.5 MPa、1.5MPa、2.5MPa蒸汽价格为80元/ｔ、120元/ｔ、150元/ｔ以及原料煤、电价、循环水等分别为850元/ｔ、0.45元/ｋＷｈ、0.8元/ｔ并把加热脱盐水、除氧水工艺冷凝水、消耗的冷却水等全部按照热能折算为23ＭＪ的煤耗计算，与传统变换工艺相比，节能型变换工艺吨氨可以节省142元的运行费用，对于单套600ｋｔ/ａ合成氨装置，全年可以节省8520万元。

Claims (2)

1.一种节能耐硫变换***的变换工艺，其特征在于：***包括将来自气化工段的粗煤气进行分离的第一气液分离器，与第一气液分离器相连的变换炉进料换热器，从变换炉进料换热器出来的气体分两路分别进入第一脱毒槽和第二脱毒槽中，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的气体分别分两路，从第一脱毒槽出来的一路气体进入第一变换炉，从第二脱毒槽出来的一路气体进入第二变换炉，从第一变换炉和第二变换炉出来的气体汇合以后进入变换炉进料气换热器管程，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的另一路气体进入第三变换炉，从第三变换炉出口的气体与变换炉进料气换热器管程的气体汇合进入第一中压蒸发冷凝器，所述第一中压蒸发冷凝器出口与第四变换炉进口相连，从第四变换炉出来的气体与喷入的锅炉水接触换热后经过喷水净化器分离出未汽化的水并排放，分离出来的气体进入第二中压蒸发冷凝器后再经过冷凝液加热器降温后进入第五变换炉，从第五变换炉出来的气体进入第一低压蒸发冷凝器降温后进入第六变换炉，从第六变换炉出来的变换气经过降温***处理以后即可；所述降温***包括锅炉给水预热器，与锅炉给水预热器出口相连的第二低压蒸发冷凝器，所述第二低压蒸发冷凝器出口与第三低压蒸发冷凝器相连，从第三低压蒸发冷凝器出口的变换气进入第二气液分离器分离出蒸汽冷凝液，变换气进入冷凝液预热器降温以后进入第一变换气水冷器管程换热以后进入第二变换气水冷器管程后进入第三气液分离器分离出变换器中的冷凝液；所述第一变换炉、第二变换炉、第四变换炉、第五变换炉和第六变换炉为绝热变换炉，第三变换炉为等温变换炉；变换工艺包括以下步骤：
（1）粗煤气变换反应：将来自气化工段3.718MPa、211℃的粗煤气经过阀门进入第一气液分离器，分离粗煤气中的冷凝液后，进入变换炉进料换热器壳程，之后分两路分别经第一脱毒槽和第二脱毒槽脱除气体中的杂质，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的气体分别分两路，从第一脱毒槽出来的一路气体进入第一变换炉，从第二脱毒槽出来的一路气体进入第二变换炉，从第一变换炉和第二变换炉出来的气体汇合以后进入变换炉进料气换热器管程，将来自第一气液分离器的粗煤气升温到260℃后，自身降低到311℃，从第一脱毒槽和第二脱毒槽出来的另一路粗煤气进入第三变换炉等温变换后维持290℃，CO含量35%，从第三变换炉出口的气体与变换炉进料气换热器管程的气体汇合进入第一中压蒸发冷凝器换热后得到温度为240℃、1.5MPa的饱和蒸汽，而后进入第四变换炉反应至温度434℃，CO含量6.7%后，经喷入锅炉水降温为338℃再经喷水净化器，分离出未汽化的水，分离出来的气体经过第二中压蒸发冷凝器降温至274℃，2.5MPa的蒸汽，再经冷凝液加热器降温至220℃，进入第五变换炉反应至温度260℃，CO含量降为1.0%为止，从第五变换炉出来的气体进入第一低压蒸发冷凝器降温并以0.5 MPa低压蒸汽进入第六变换炉至变换炉出口变换气CO低于0.4%温度204℃即完成粗煤气的变换反应；
（2）变换气降温处理：将来自步骤（1）的变换气经锅炉给水预热器降温至181℃，再经过并联的第二低压蒸发冷凝器和第三低压蒸发冷凝器副产0.3MPa温度145℃的饱和蒸汽，进入第二分离器分离出蒸汽冷凝液，变换气进入冷凝液预热器降温至84℃，进入第一变换气水冷器管程，降温至40℃，进入第二变换气水冷器管程降温至24℃，最后经过第三气液分离器，分离出变换气中的冷凝液，即完成对变换气的降温，将该变换气送往低温甲醇洗工段即可。
2.如权利要求1所述的节能耐硫变换***的变换工艺，其特征在于：所述变换炉进料换热器设有管程和壳程，从第一气液分离器出来的气体进入变换炉进料换热器壳程和管程内来自第一变换炉的气体换热。
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