CN114394573B - 一种串联的co变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联的CO变换装置，属于CO变换技术领域，包括串联设置的第一变换炉和第二等温变换炉，所述第二等温变换炉内布置第二换热管束，当第一变换炉设置为第一等温变换炉时，第一等温变换炉内布置与汽包相连接的第一换热管束，在第一等温变换炉的出口端依次布置水加热器和热交换器；第二换热管束用于预热锅炉给水，从第二换热管束出来的气液混合物与另一路锅炉给水混合后通过水加热器后作为汽包的补水，通过调节汽包蒸汽出口阀门控制换热管束的内侧压力均大于其外侧压力；当第一变换炉设置为第一绝热变换炉时，采用不同的布置方式实现。本发明解决了变换反应低品质余热过多难以利用的问题，降低了设备损坏和危险气体泄漏的风险。

Description

一种串联的CO变换装置

技术领域

本发明涉及CO变换技术领域，尤其是一种串联的CO变换装置。

背景技术

目前煤气化粗煤气的变换主要采用绝热变换和等温变换两种工艺。绝热变换工艺是在变换炉后设置废热回收器副产饱和水蒸汽或加热其他工艺介质以达到回收反应余热的目的；等温变换工艺则是在变换炉内设置水管及时移走、回收反应热，并副产饱和蒸汽。由于粗合成气中CO含量高，但变换反应是强放热可逆过程，为了保证CO的转化率，变换单元在流程上均采用多台变换炉串联设置。实际工业生产过程中，可采用两台等温变换炉的串联设置或采用一台绝热变换炉与一台等温变换炉的串联设置。

正常生产过程中，为了保证变换反应的稳定性，第一等温变换炉内的变换反应及热负荷大，催化剂床层温度高；第二等温变换炉内反应及热负荷小，催化剂床层温度也较低。因此，存在第二等温变换炉副产的饱和蒸汽压力和温度低，变换***低品质余热过多的问题，同时换热管内的压力低于换热管外的压力，使得换热管承受外压，增加了设备损坏及危险气体泄漏的风险。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种串联的CO变换装置，利用第二等温变换炉提高给水温度，有效地利用低品位热源，增加了余热回收利用价值，解决变换反应低品质余热过多难以利用的问题，有效的降低了设备损坏和危险气体泄漏的风险。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种串联的CO变换装置，包括串联设置的第一变换炉和第二等温变换炉，所述第二等温变换炉内布置第二换热管束，当第一变换炉设置为第一等温变换炉时，第一等温变换炉内布置与汽包相连接的第一换热管束，在第一等温变换炉的出口端依次布置水加热器和热交换器；第二换热管束用于预热锅炉给水，从第二换热管束出来的气液混合物与另一路锅炉给水混合后通过水加热器后作为汽包的补水，通过调节汽包蒸汽出口阀门控制第一换热管束和第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力；

当第一变换炉设置为第一绝热变换炉时，在第一绝热变换炉内布置蒸汽过热器，在第一绝热变换炉的出口端依次布置废热回收器、水加热器和热交换器；第二换热管束用于预热来自循环水缓冲器中的锅炉水，从第二换热管束出来的热水与锅炉给水混合后通过水加热器后作为废热回收器的补水；废热回收器的饱和蒸汽进入蒸汽过热器；废热回收器蒸汽出口端通过设置有压力调节阀的压力平衡管与循环水缓冲器相连，保持废热回收器与循环水缓冲器压力的平衡；通过调节蒸汽过热器过热蒸汽出口阀门来控制循环水缓冲器内的压力，从而控制蒸汽过热器汽侧压力、废热回收器换热管、水加热器换热管与第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力；

所述水加热器和热交换器能够调节第二等温变换炉进口原料气的温度；所述热交换器还能够对进入第一变换炉内的粗煤气进行预热；所述蒸汽过热器通过过热饱和蒸汽的方式及时移出变换反应的热量；所述废热回收器副产品位高的中压饱和蒸汽，回收反应热量。

本发明技术方案的进一步改进在于：当第一变换炉设置为第一等温变换炉时，工艺流程为：粗煤气经热交换器预热后进入第一等温变换炉内进行变换反应，第一换热管束内的热水吸收反应热，副产中压饱和蒸汽，第一等温变换炉出口的变换气依次进入水加热器和热交换器降温后进入第二等温变换炉内进行变换反应，第二换热管束内的锅炉给水吸收反应热，第二等温变换炉出口的变换气进入后续流程；

锅炉给水一路经第一管路在循环泵入口处与出第二换热管束的循环热水混合后进入第二换热管束入口，吸收第二等温变换炉床层热量后，气液混合物经水加热器加热后去汽包；另一路锅炉给水经第二管路与从第二换热管束出来的气液混合物混合后进入水加热器；汽包内的热水进入第一换热管束，吸收床层热量后副产中压饱和蒸汽，经汽包汽水分离后，饱和蒸汽去蒸汽管网。

本发明技术方案的进一步改进在于：当第一变换炉设置为第一绝热变换炉时，工艺流程为：

粗煤气经热交换器预热后进入内设蒸汽过热器的第一等温变换炉内进行变换反应，变换气与蒸汽过热器在径向催化剂床层出口换热后进入废热回收器，副产饱和蒸汽，随后经水加热器和热交换器降温后进入第二等温变换炉进行变换反应，反应后的变换气进入后续流程；

锅炉给水一路经第三管路进入循环水缓冲器补水，并保持循环水缓冲器处于较高的液位，循环水缓冲器中的锅炉水经循环泵送至第二换热管束，吸收第二等温变换炉床层反应热量后，部分热水返回循环水缓冲器，其它热水经水加热器加热后进入废热回收器，吸收变换气的热量副产饱和蒸汽；另一路锅炉给水经第四管路与出第二换热管束的热水混合后进入水加热器；废热回收器的饱和蒸汽进入蒸汽过热器，过热后的过热蒸汽去蒸汽管网；废热回收器的饱和蒸汽部分进入循环水缓冲器。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述废热回收器水进口端设置有用来控制废热回收器液位的调节阀。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述蒸汽过热器的蒸汽出口阀门通过压力差信号调节本身的开度，保证废热回收器的换热管、水加热器的换热管和第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明利用第二等温变换炉提高了给水温度，有效地利用低品位热源，增加了余热回收利用价值，解决了变换反应低品质余热过多难以利用的问题。

2、本发明提高了换热管内热水的压力，控制换热管束内侧压力大于其外侧压力，使得蒸汽过热器、废热回收器换热管及等温变换炉换热管束微正压操作，换热管承受微压差，受力情况明显改善，有效的降低了设备损坏和危险气体泄漏的风险。

3、本发明分出一路给水不经第二等温变换炉换热管束直接经水加热器后进入第一等温变换炉汽包或废热回收器，可在变换反应工况发生变化时，通过调节进入第二等温变换炉的给水量来调节变换炉内反应温度，保证变换反应的转化率以及热回收效率。

附图说明

图1是本发明中实施例1结构示意图；

图2是本发明中实施例2结构示意图；

其中，1、第一等温变换炉，1A、第一绝热变换炉，2、汽包、3、热交换器，4、第二等温变换炉，5、循环泵，6、第一管路，7、第二管路，8、第三管路，9、第四管路，10、循环水缓冲器，11、压力平衡管，12、压力调节阀，13、废热回收器，14、蒸汽过热器，15、水加热器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

在本发明的描述中，需要理解的是，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”……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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

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。在本发明的描述中，“若干个”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。

实施例1

如图1所示，一种串联的CO变换装置，包括串联设置的第一变换炉和第二等温变换炉4，所述第二等温变换炉4内布置第二换热管束，当第一变换炉设置为第一等温变换炉1时，采用两台等温变换炉串联。具体的：

在第一等温变换炉1内布置与汽包2相连接的第一换热管束，及时移走变换反应热副产品位高的中压饱和蒸汽。第一等温变换炉1出口端依次布置水加热器15和热交换器3，调节第二等温变换炉4进口原料气的温度。第二换热管束用于预热锅炉给水，从第二换热管束出来的热水作为汽包2的补水。通过控制汽包2蒸汽出口的阀门来控制压力，以控制第一换热管束和第二换热管束内的压力大于其外侧压力。因水***是联通的，控制第一换热管束内的水、水蒸汽侧压力微大于外侧（变换气）压力，相应的第二换热管束内的水、水蒸汽侧压力也会微大于外侧（变换气）压力。

本实施例的工艺流程如下：

粗煤气经热交换器3预热后进入第一等温变换炉1内进行变换反应，第一换热管束内的热水吸收反应热，副产中压饱和蒸汽。第一等温变换炉1出口的变换气依次进入水加热器15和热交换器3降温后进入第二等温变换炉4内进行变换反应，第二换热管束内的锅炉给水吸收反应热；第二等温变换炉4出口的变换气进入后续流程。

锅炉给水一路经第一管路6在循环泵5入口处与出第二等温变换炉4的第二换热管束的循环热水混合后进入第二等温变换炉4的第二换热管束入口，吸收第二等温变换炉4床层热量后，气液混合物经水加热器15加热后去汽包2。另一路锅炉给水经第二管路7与由第二换热管束出来的气液混合物混合后进入水加热器15。汽包2内的热水进入第一等温变换炉1内的第一换热管束，吸收床层热量后副产饱和蒸汽，经汽包2汽水分离后，饱和蒸汽去蒸汽管网。汽包2的蒸汽出口设置有阀门。

实施例2

如图2所示，一种串联的CO变换装置，包括串联设置的第一变换炉和第二等温变换炉4，所述第二等温变换炉4内布置第二换热管束，当第一变换炉设置为第一绝热变换炉1A时，采用一台绝热变换炉串联一台等温变换炉，具体的：

在第一绝热变换炉1A内布置蒸汽过热器14，通过过热饱和蒸汽的方式及时移出变换反应的热量；第一绝热变换炉1A出口端布置废热回收器13副产品位高的中压饱和蒸汽，回收反应热量，还布置水加热器15和热交换器3，调节第二等温变换炉4进口原料气的温度。

第二换热管束用于预热来自循环水缓冲器10中的锅炉水，从第二换热管束出来的热水与锅炉给水混合后通过水加热器15后作为废热回收器13的补水；废热回收器13蒸汽出口端通过设置有压力调节阀12的压力平衡管11与循环水缓冲器10相连，保持废热回收器13与循环水缓冲器10压力的平衡；通过调节蒸汽过热器14过热蒸汽出口阀门来控制循环水缓冲器10内的压力，从而控制蒸汽过热器14汽侧压力、废热回收器13换热管、水加热器15换热管与第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力。

本实施例的工艺流程如下：

粗煤气经热交换器3预热后进入内设蒸汽过热器14的第一绝热变换炉1A内进行变换反应，变换气与蒸汽过热器14在径向催化剂床层出口换热后进入废热回收器13，副产饱和蒸汽，随后经水加热器15和热交换器3降温后进入第二等温变换炉4进行变换反应，反应后的变换气进入后续流程。

锅炉给水一路经第三管路8进入循环水缓冲器10补水，并保持循环水缓冲器10处于较高的液位，循环水缓冲器10中的锅炉水经循环泵5送至第二等温变换炉4内的第二换热管束，吸收第二等温变换炉4床层反应热量后，部分热水返回循环水缓冲器10，其它热水经水加热器15加热后进入废热回收器13，吸收变换气的热量副产饱和蒸汽；另一路锅炉给水经第四管路9与出第二等温变换炉4的第二换热管束的热水混合后进入水加热器15。废热回收器13的饱和蒸汽进入第一绝热变换炉1A内的蒸汽过热器14，过热后的过热蒸汽去蒸汽管网。废热回收器13水进口设置调节阀，用来控制废热回收器13的液位。

废热回收器13蒸汽出口与循环水缓冲器10间设有压力平衡管11，压力平衡管11上装有压力调节阀12，通过调节蒸汽过热器14过热蒸汽出口阀门来控制蒸汽过热器14汽侧压力、废热回收器13换热管与第二等温变换炉4的第二换热管束的水侧压力大于其外侧压力。压力平衡管11和压力调节阀12的设置是为了维持废热回收器13和循环水缓冲器10两个设备之间的压力平衡。

所述蒸汽过热器14的蒸汽出口阀门通过压力差信号进行调节，信号来自于废热回收器13出口蒸汽压力与第一绝热变换炉1A内变换气压力的压力差，蒸汽过热器14蒸汽出口阀门根据这个信号调节本身的开度，保证废热回收器13的换热管、水加热器15的换热管和第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力。

综上所述，本发明根据第一变换炉的型式不同，在第一变换炉和第二等温变换炉之间设置热交换器和水加热器或废热回收器、热交换器和水加热器，利用第二等温变换炉提高给水温度，有效地利用低品位热源，增加余热回收利用价值，解决了变换反应低品质余热过多难以利用的问题；提高了换热管内热水的压力，控制换热管束内侧压力大于其外侧压力，使得蒸汽过热器、废热回收器换热管及等温变换炉换热管束微正压操作，换热管承受微压差，受力情况明显改善，有效地降低了设备损坏和危险气体泄漏的风险。

Claims (5)

1.一种串联的CO变换装置，包括串联设置的第一变换炉和第二等温变换炉（4），所述第二等温变换炉（4）内布置第二换热管束，其特征在于：

当第一变换炉设置为第一等温变换炉（1）时，第一等温变换炉（1）内布置与汽包（2）相连接的第一换热管束，在第一等温变换炉（1）的出口端依次布置水加热器（15）和热交换器（3）；第二换热管束用于预热锅炉给水，从第二换热管束出来的气液混合物与另一路锅炉给水混合后通过水加热器（15）后作为汽包（2）的补水，通过调节汽包（2）蒸汽出口阀门控制第一换热管束和第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力；

当第一变换炉设置为第一绝热变换炉（1A）时，在第一绝热变换炉（1A）内布置蒸汽过热器（14），在第一绝热变换炉（1A）的出口端依次布置废热回收器（13）、水加热器（15）和热交换器（3）；第二换热管束用于预热来自循环水缓冲器（10）中的锅炉水，从第二换热管束出来的热水与锅炉给水混合后通过水加热器（15）后作为废热回收器（13）的补水；废热回收器（13）的饱和蒸汽进入蒸汽过热器（14）；废热回收器（13）蒸汽出口端通过设置有压力调节阀（12）的压力平衡管（11）与循环水缓冲器（10）相连，保持废热回收器（13）与循环水缓冲器（10）压力的平衡；通过调节蒸汽过热器（14）过热蒸汽出口阀门来控制循环水缓冲器（10）内的压力，从而控制蒸汽过热器（14）汽侧压力、废热回收器（13）换热管、水加热器（15）换热管与第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力；

所述水加热器（15）和热交换器（3）能够调节第二等温变换炉（4）进口原料气的温度；所述热交换器（3）还能够对进入第一变换炉内的粗煤气进行预热；所述蒸汽过热器（14）通过过热饱和蒸汽的方式及时移出变换反应的热量；所述废热回收器（13）副产品位高的中压饱和蒸汽，回收反应热量。

2.根据权利要求1所述的一种串联的CO变换装置，其特征在于：当第一变换炉设置为第一等温变换炉（1）时，工艺流程为：粗煤气经热交换器（3）预热后进入第一等温变换炉（1）内进行变换反应，第一换热管束内的热水吸收反应热，副产中压饱和蒸汽，第一等温变换炉（1）出口的变换气依次进入水加热器（15）和热交换器（3）降温后进入第二等温变换炉（4）内进行变换反应，第二换热管束内的锅炉给水吸收反应热，第二等温变换炉（4）出口的变换气进入后续流程；

锅炉给水一路经第一管路（6）在循环泵（5）入口处与出第二换热管束的循环热水混合后进入第二换热管束入口，吸收第二等温变换炉（4）床层热量后，气液混合物经水加热器（15）加热后去汽包（2）；另一路锅炉给水经第二管路（7）与从第二换热管束出来的气液混合物混合后进入水加热器（15）；汽包（2）内的热水进入第一换热管束，吸收床层热量后副产中压饱和蒸汽，经汽包（2）汽水分离后，饱和蒸汽去蒸汽管网。

3.根据权利要求1所述的一种串联的CO变换装置，其特征在于：当第一变换炉设置为第一绝热变换炉（1A）时，工艺流程为：

粗煤气经热交换器（3）预热后进入内设蒸汽过热器（14）的第一等温变换炉（1A）内进行变换反应，变换气与蒸汽过热器（14）在径向催化剂床层出口换热后进入废热回收器（13），副产饱和蒸汽，随后经水加热器（15）和热交换器（3）降温后进入第二等温变换炉（4）进行变换反应，反应后的变换气进入后续流程；

锅炉给水一路经第三管路（8）进入循环水缓冲器（10）补水，并保持循环水缓冲器（10）处于较高的液位，循环水缓冲器（10）中的锅炉水经循环泵（5）送至第二换热管束，吸收第二等温变换炉（4）床层反应热量后，部分热水返回循环水缓冲器（10），其它热水经水加热器（15）加热后进入废热回收器（13），吸收变换气的热量副产饱和蒸汽；另一路锅炉给水经第四管路（9）与出第二换热管束的热水混合后进入水加热器（15）；废热回收器（13）的饱和蒸汽进入蒸汽过热器（14），过热后的过热蒸汽去蒸汽管网；废热回收器（13）的饱和蒸汽部分进入循环水缓冲器（10）。

4.根据权利要求3所述的一种串联的CO变换装置，其特征在于：所述废热回收器（13）水进口端设置有用来控制废热回收器（13）液位的调节阀。

5.根据权利要求3所述的一种串联的CO变换装置，其特征在于：所述蒸汽过热器（14）的蒸汽出口阀门通过压力差信号调节本身的开度，保证废热回收器（13）的换热管、水加热器（15）的换热管和第二换热管束的内侧压力均大于其外侧压力。