CN115321480B - 一种绝热控温型变换炉及水煤气变换工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝热控温型变换炉，其包括沿竖直方向延伸的壳体，在壳体内沿高度方向设置有第一反应区和第二反应区，在第一反应区和第二反应区之间设置有一冷激气腔；在第一反应区内不设置换热装置；沿高度方向，在第二反应区内设置有至少三个换热管组，在壳体的顶部设置有原料气入口，在壳体的底部设置有变换气出口。本申请还公开了采用上述绝热控温型变换炉的水煤气变换工艺。利用本申请，能够使第二反应区内的最高反应温度与最低反应温度差控制在30‑40℃，且使第二反应区内从上到下的反应温度沿一弧线平稳移动，使第二反应区内的反应温度处于最高反应温度区域内。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝热控温型变换炉以及采用该变换炉的水煤气变换工艺，为水煤气变换装置领域。
背景技术
变换炉作为水煤气变换的主要设备，为了充分利用反应热，一般设计为绝热式结构，采用绝热式结构的变换炉需要具有良好的移热***，以及时将反应热传递出变换炉，并使变换炉内的反应温度保持在恰当的温度范围内，以保持较高的反应效率。现有技术中，一般采用热水作为换热介质，以形成汽水混合物，并闪蒸以获得高品位的蒸汽，其中的换热装置采用换热列管。由于技术的革新，现有水煤气中的CO含量较高，最高能够达到约70％，导致变换炉在工作时，在轴向方向上，反应温升较快，容易产生“飞温”现象。为避免“飞温”现象，一般采用多台变换炉串联的方式进行生产，并采用不同温度的介质将其中的反应热移出。
采用多台变换炉串联的方式来对水煤气进行变换，虽然能够在一定程度上解决“飞温”现象，但却导致变换装置的设备较多，控制点增加，增加了工艺控制难度，也增加了设备的购置费用。
发明内容
为最大限度地减少或避免“飞温”现象，本申请首先提出了一种绝热控温型变换炉，其包括沿竖直方向延伸的壳体，在壳体内沿高度方向设置有第一反应区和第二反应区，其中第一反应区位于第二反应区的上方，在第一反应区和第二反应区之间设置有一冷激气腔，冷激气管连通该冷激气腔；
在第一反应区的底部安装有第一催化剂支撑格栅；在第二反应区的底部安装有第二催化剂支撑格栅；在第一反应区内不设置换热装置；沿高度方向，在第二反应区内设置有至少三个换热管组，其中位于最上层的换热管组称为首级换热管组，位于最下层的换热管组称为末级换热管组，位于首级换热管组与末级换热管组之间的换热管组称为中间换热管组；在壳体的顶部设置有原料气入口，在壳体的底部设置有变换气出口。相邻两个换热管组之间间隔设置。
在该变换炉内，沿高度方向设置了两个第一反应区和第二反应区两个反应区，且在第一反应区内不设置任何换热装置，仅在第二反应区内设置换热装置。
第一反应区的主要作用是使水煤气的反应温度顺利上升到设定的反应温度区域内，因此在第一反应区内，反应温度处于上升阶段，适当控制水煤气在第一反应区的停留时间，并在冷激气腔内冷激气的降温作用下，能够使反应气体以设定温度进入到第二反应区内，消除水煤气在进入第一反应区内时的温度波动。另外，在水煤气的初始反应阶段，易于产生结焦现象，设置一个独立的第一反应区，能够便于单独对第一反应区内的第一催化剂进行单独更换，降低对第二反应区内第二催化剂的更换频率，而在现有技术中，采用单一反应区的变换炉内，所有的催化剂需要根据进气端催化剂的结焦情况进行更换，实际上大部分的催化剂仍处于有效反应阶段，造成了大量有效催化剂的更换，增加了运行成本。
在第二反应区内，由上至下设置了多个换热管组，能够对第二反应区内不同高度的反应区域进行单独的温度调控，能够使整个第二反应区的反应温度处于最佳的反应温度内，有利于提高生产效率。而在现有技术中，采用沿高度方向延伸的列管换热装置时，移热介质无论是采用逆流还是采用顺流方式，沿移热介质的流动方向，移热介质的温度逐渐升高，换热效果降低，为了避免产生“飞温”现象，一般是限制变换炉内的最高反应温度，导致部分区域的处于较低的反应温度下，限制了生产效率的最大化。在部分生产工艺中，为了提高生产效率，是将反应温度的上限略低于产生“飞温”的温度点，但是在实际操作中，由于水煤气的波动，极易使反应温度超标，产生“飞温”现象，使得工艺控制的难度加大。
而在本申请中，由于在轴向方向上设置了多个换热管组，能够单独对每个换热管组的移热介质的用量、入口温度和出口温度进行调整，从而精确控制第二反应区内在轴向方向上各区域的反应温度，使第二反应区的反应温度保持平稳。利用本申请，能够使第二反应区内的最高反应温度与最低反应温度的温差控制在30-40℃，且使第二反应区的最上侧到最下侧的反应温度沿一弧线平稳移动，使第二反应区内的反应温度处于最高反应温度区域内，在第二反应区域内的同一高度层内反应温度的变化控制在1-3℃。
而在现有技术中，同一高度层内反应温度的变化在6-8℃内，现有技术中，这种反应温度的大幅度变化，主要是由于冷激气的加入以及换热介质流量波动所造成的。在目前，一方面，为控制反应温度，会将部分原料气作为冷激气，由反应器的中部补充到反应器内，在生产过程中，虽然尽量保持原料气进料量和进料温度的稳定，以使反应平稳进行，但是由于原料气总会产生一定的波动性，从而导致冷激气的波动，造成反应器内局部反应温度的波动加大；另一方面，移热介质一般采用汽水混合物，而且在整个反应器内，同一根换热管在高度方向上贯穿整个反应区域，由于采用逆流换热，移热介质由下向上流动，在达到最高反应区域时，其移热功能已大幅度降低，而且在现在的生产过程中，反应温度往往是控制在最高反应区域内，一旦反应温度产生波动，就会产生超温，易于产生“飞温”现象，为了避免造成“飞温”现象，当反应温度向上超过设定温度时，为使反应温度快速下移，在调节移热介质的流量时，往往会超额调整，导致反应温度的波动加大。
而在本申请中，由于在第二反应区内设置了多个换热管组，对于各个区域的反应温度能够及时单独调整，降低了其温度波动幅度。并且能够根据进气和冷激气气量的变化及时调整首级换热管组内移热介质的参数，降低第二反应区顶部区域温度的变化，从而避免对整个第二反应区反应温度的影响。
进一步，为避免第一反应区内的反应温度超标，产生“飞温”现象，并使反应主要集中在第二反应区内，以提高反应热的回收，第一反应区与第二反应区的高度比例为1：(2-5)。由于第一反应区为原料气的初始反应区，原料气的温度相对较低，能够吸收大量的反应热，因此在将第一反应区的高度控制在一定的比例范围，能够使反应混合气的温度未达到产生“飞温”现象的温度前，进入到冷激气腔内，降低反应混合气的温度，同时冷激气腔内的冷激气也能够对第一反应区内的温度形成抑制，避免在第一反应区内产生“飞温”现象。但是第一反应区的高度也不宜太高，由于随着反应的进行，反应混合气的温度会逐渐升高，第一反应区的高度太高时，极易使反应混合气的温度超过设定温度，产生“飞温”现象，因此第一反应区内第一催化剂的装填高度最好控制在1.5-2.5米内，在上述第一催化剂的装填高度范围内，能够有效地避免反应混合气的温度超过设定温度。
进一步，每一换热管组均包括一进口管、一出口管和两端分别连接在该进口管和出口管上的若干根换热管，同一换热管组内的若干根换热管中，至少包括两根螺旋换热管，螺旋换热管绕壳体的中心轴线螺旋延伸；相邻的两个换热管之间具有间隙。相邻换热管之间的间隙控制在50-150mm之间。优选每个换热管组中所有的换热管均为螺旋换热管。
该设计能够使换热管均匀地布置在第二反应区内，对第二换热区内的反应热均匀吸收，以使第二反应区内各处的反应温度较为均匀。
进一步，为使第二反应区内的反应温度平稳变化，首级换热管组和末级换热管组内的移热介质为锅炉水，所有中间换热管组内的移热介质均为饱和蒸汽。冷激气腔内的反应混合气在进入到第二反应区后，其反应温度处于上升阶段，因此处于上层的首级换热管组采用锅炉水作为移热介质，以能够顺利地吸收反应热。在第二反应区的下部区域，由于处于反应的末期，有效反应大幅度地降低，所产生的反应热量也相对较低，采用锅炉水以能够满足对反应热的吸收。而在第二反应区的中间区域，处于反应最激烈的区域，利用饱和蒸汽作为作用移热介质，使饱和蒸汽成为过热蒸汽，不但能够使第二反应区的中间区域的反应温度处于较高设置范围内，还能够单独调节饱和蒸汽的温度和流量，以控制该中间区域的反应温度，使中间换热管组所在反应区域内的反应温度波动控制在±1.5℃范围内，使反应温度保持在最高设定反应温度区域内，且能够有效地避免反应温度向上超过最高设定反应温度，避免“飞温”现象。
具体地，第一锅炉水作为首级换热管组的移热介质，第一锅炉水经首级换热管组后形成为第一饱和蒸汽；第二锅炉水作为末级换管组的移热介质，第二锅炉水经末级换热管组后形成为第三锅炉水；第二饱和蒸汽作为中间换热管组的移热介质，第二饱和蒸汽经该中间换热管组后形成为过热蒸汽。在一实施例中，至少部分第一饱和蒸汽作为第二饱和蒸汽。
首级换热管组位于第二反应区的最上层，使第一锅炉水经首级换热管组成为第一饱和蒸汽，能够使首级换热管组所在区域的反应温度顺利地上升到最高设定反应温度区域内，以保证CO的转化效率。末级换管组位于第二反应区的最下层，由于处于反应的末期，有效反应已大幅度地降低，所产生的反应热量也相对较低，使第二锅炉水仅仅形成为第三锅炉水，由于第二锅炉水仍保持为液态，能够使末级换热管组所在的反应区域内，由上向下使反应温度逐渐降低，以避免变换气的出口温度过高。
中间换热管组处于第二反应区的中间区域，使第二饱和蒸汽转化为过热蒸汽，能够使中间区域的反应温度处于最高设定范围内，使反应温度处于最高效的反应区间内，以提高反应效率。由于能够对流经各个中间换热管组的第二饱和蒸汽的流量和温度进行单独调整，使得中间换热管组所在反应区域的反应温度能够保持稳定，其反应温度的波动能够保持在±1.5℃范围内。
其次本申请还公开了一种水煤气变换工艺，其采用上述任一项所述的绝热控温型变换炉进行，该水煤气变换工艺包括如下步骤：
(1)水煤气经原料气入口进入到壳体内，然后向下依次流经第一反应区、冷激气腔和第二反应区，并进行反应，生成变换气，并由变换气出口排出；
(2)冷激气由冷激气管进入到冷激气腔内；
(3)第一锅炉水进入首级换热管组内，吸收反应热后，形成为第一饱和蒸汽，并排出首级换热管组；第二锅炉水进入末级换热管组内，吸收反应热后，形成为第三锅炉水，并排出末级换热管组；第二饱和蒸汽进入中间换热管组内，吸收反应热后，形成为过热蒸汽，并排出该中间换热管组。
在该水煤气变换工艺中，利用冷激气来平稳反应气体由第一反应区到第二反应区时的温度，以使反应气体进入第二反应区时保持在设定范围内，消除水煤气在进入第一反应区内时的温度波动，在进行反应时，由于各换热管组内的移热介质的温度和流量均能够单独调整，对各换热管组所对应的各区域内的反应温度进行单独调整，使第二反应区内的反应温度能够严格按照设定的温度曲线进行反应。
具体地，为充分保证变换炉的生产效率，第一反应区内的最高反应温度为380-400℃；第二反应区的入口温度为380-400℃，第二反应区的出口温度为410-440℃；由上至下，在第二反应区内，反应温度由380-400℃逐渐升高到435-440℃、然后再逐渐降低到400-410℃；
水煤气的进口温度为220-240℃，变换气的出口温度为410-440℃，反应压力为6.3-7.0MPaG；
第一锅炉水的进口温度为180-190℃，第一饱和蒸汽的出口温度为240-250℃；第二锅炉水的进口温度为210-230℃，第三锅炉水的出口温度较第二锅炉水的进口温度高10-20℃；
第二饱和蒸汽的进口温度为240-250℃，过热蒸汽的出口温度为430-440℃。
由于第二反应区的上部区域处于反应温度提升阶段，采用第一锅炉水以顺利地吸收反应热，并逐渐提高反应温度，而在第二反应区的下部区域，由于反应已处于末期，其反应热的产生量已大幅度降低，采用第二锅炉水作为移热介质，能够有效地将反应温度降低，从而降低变换气的出口温度。
而在第二反应区的中间区域，利用第二饱和蒸汽转换为过热蒸汽，使该中间区域的反应温度保持在高温区域。在上述各参数的限制下，使反应在较高效率下进行。
优选地，为降低第二饱和蒸汽的外部供应量，至少部分第一饱和蒸汽作为第二饱和蒸汽。该设计能够相应地减少第一饱和蒸汽外送管道的用量，降低设备投资费用。
进一步，为控制反应气体进入到第二反应区内的温度，冷激气的添加量为水煤气进气量的10-30wt％，冷激气的进口温度为220-240℃。
进一步，在充分利用第一反应区进行反应的情况，为避免水煤气在第一反应区的反应温度超温，在第一反应区内，水煤气的空塔气速为500-800h-1。空塔气速太低，无法充分利用第一反应区，空塔气速太高，会导致大量反应热堆积在第一反应区内，造成超温，易于产生结碳现象。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图。
图2是换热管组的结构示意图。
具体实施方式
以下首先对绝热控温型变换炉的结构进行说明，请参阅图1和图2，该绝热控温型变换炉包括沿竖直方向延伸的壳体10，该壳体包括沿竖直方向延伸的呈圆筒状的筒体11、焊接在筒体顶部的上封头12和焊接在筒体底部的下封头13，壳体10的底部安装有裙座19。在上封头12上安装有原料气入口14，在下封头上安装有变换气出口15。即在壳体的顶部设置有原料气入口，在壳体的底部设置有变换气出口。在上封头上还安装有第一人孔16，在下封头上安装有第二人孔17。
在壳体内沿高度方向设置有第一反应区50和第二反应区20，其中第一反应区50位于第二反应区20的上方，在第一反应区50和第二反应区20之间设置有一冷激气腔40，在冷激气腔40内安装有一呈环状的冷激气管41，在冷激气管41上连接有一冷激气进管42，该冷激气进管42焊接在筒体上，冷激气进管42背离冷激气管41的一端伸出筒体11后形成为冷激气进口43。在冷激气管41的上下两侧均开设有冷激气孔。
在本实施例中，第一反应区的第一高度H与第二反应区的第二高度S的比例为1：2.8，可以理解，在其他实施例中，第一高度H与第二高度的比例还可以为1：2、1:2.5、1:3、1:4或1:5，当然也可以为1：(2-5)之间的其他比例。
在第一反应区50的底部安装有第一催化剂支撑格栅51，在第一反应区50的顶部安装有第一催化剂格栅盖板52，第一催化剂支撑格栅51与第一催化剂格栅盖板52之间的空间成为堆放第一催化剂的第一反应腔53。第一催化剂格栅盖板52上部的空间形成为布气腔55，原料气入口14连通该布气腔55。
在筒体上安装有第一催化剂卸料管54，该第一催化剂卸料管54由下向上沿倾斜方向伸入到第一反应腔53内、并连通第一反应腔，第一催化剂卸料管54的位于第一反应腔内的进口的下端与第一催化剂支撑格栅51的上表面平齐，以能够使第一反应腔53内的第一催化剂能够顺利地由第一催化剂卸料管54排出，更换第一催化剂。
在第二反应区20的底部安装有第二催化剂支撑格栅21，在第二反应区20的顶部安装有第二催化剂格栅盖板22，第二催化剂支撑格栅21与第二催化剂格栅盖板22之间的空间成为堆放第二催化剂的第二反应腔23。
在第二催化剂支撑格栅21上安装有第二催化剂卸料管24，该第二催化剂卸料管24的上端向上贯穿第二催化剂支撑格栅21后连通第二反应腔23，第二催化剂卸料管24的下端向上伸出下封头。第二催化剂卸料管24的上端面与第二催化剂支撑格栅21的上表面平齐。
沿高度方向，在第二反应区内设置有三个换热管组，相邻两个换热管组之间间隔设置，其中位于最上层的换热管组称为首级换热管组301，位于最下层的换热管组称为末级换热管组303，位于首级换热管组301与末级换热管组303之间的换热管组称为中间换热管组302，即本实施例中仅有一个中间换热管组。可以理解，在其他实施例中，还可以在首级换热管组301与末级换热管组303之间设置多个中间换热管组，例如设置2个、3个、4个或5个，建议数量不要太多，太多的中间换热管组，不但需要增加更多的外接管道，还需要在壳体上开设更多的穿管孔，对壳体结构的均匀性造成影响。
各换热管组的结构相同，以下以首级换热管组301为例，来说明换热管组的具体结构，该首级换热管组301包括安装在第二反应区内的进口环形管31和出口环形管32，进口环形管31位于出口环形管32的上方。进口管311连接在进口环形管31上，该进口管安装在壳体上，并向外伸出壳体。出口管321连接在出口环形管上，该出口管安装在壳体上，并向外伸出壳体。
在进口环形管31和出口环形管32之间连接有六根换热管33，所有的换热管均为螺旋换热管，螺旋换热管绕壳体的中线轴线螺旋延伸，相邻的螺旋换热管之间具有间隙，即相邻的换热管之间具有间隙。本申请中，相邻换热管之间的距离控制在50-150mm之间，具体在本实施例中，相邻的换热管之间的距离控制在80-120mm。
本实施例中，在第一反应区内不设置换热装置。
本实施例中，第一锅炉水作为首级换热管组的移热介质，第一锅炉水经首级换热管组后形成为第一饱和蒸汽。第二锅炉水作为末级换管组的移热介质，第二锅炉水经末级换热管组后形成为第三锅炉水。第二饱和蒸汽作为中间换热管组的移热介质，第二饱和蒸汽经该中间换热管组后形成为过热蒸汽。即在本实施例中，首次换热管组和末级换热管组内的移热介质均采用锅炉水，中间换热管组内的移热介质为饱和蒸汽。
由于本实施例中，仅设置有一个中间换热管组，可以利用首级换热管组所产生的第一饱和蒸汽作为第二饱和蒸汽，作为中间换热管组的移热介质。
当设置有两个以上的中间换热管组，且所有的中间换热管组均以第二饱和蒸汽作为移热介质时，首级换热管组所产生的第一饱和蒸汽无法满足所有中间换热管组的移热介质用量，需要外接饱和蒸汽作为中间换热管组的移热介质。
以下对水煤气变换工艺进行说明，该水煤气变换工艺采用上述的绝热控温型变换炉进行，该水煤气变换工艺包括如下步骤：
(1)水煤气经原料气入口进入到布气腔55内，然后向下依次流经第一反应区、冷激气腔和第二反应区，并进行反应，生成变换气，并由变换气出口排出；
(2)冷激气由冷激气管进入到冷激气腔内；
(3)第一锅炉水进入首级换热管组内，吸收反应热后，形成为第一饱和蒸汽，并排出首级换热管组；第二锅炉水进入末级换热管组内，吸收反应热后，形成为第三锅炉水，并排出末级换热管组；第一饱和蒸汽全部作为第二饱和蒸汽进入中间换热管组内，吸收反应热后，形成为过热蒸汽，并排出该中间换热管组。当第一饱和蒸汽的产量无法满足中间换热管组的移热要求时，采用外部饱和蒸汽来弥补第二饱和蒸汽用量的不足。
本实施例中，水煤气的进口温度为251±2℃，变换气的出口温度为407-410℃，第一反应区和第二反应区内的反应压力均为6.3-6.4MPaG。
第一锅炉水的进口温度为183℃，第一饱和蒸汽的出口温度为248℃；第一饱和蒸汽直接作为第二饱和蒸汽，并进入到中间换热管组内，过热蒸汽的出口温度为445℃。第二锅炉水的进口温度为220℃，第三锅炉水的出口温度为235℃，较第二锅炉水的进口温度高15℃。
本申请中，冷激气的添加量为水煤气进气量的5-30wt％，冷激气的进口温度为220-240℃。具体在本实施例中，冷激气的添加量为水煤气进气量的20-25wt％，冷激气的进口温度为225-230℃。
为说明本申请的有益效果，将上述变换炉内的三个换热管组更换为沿竖直方向延伸的列管换热器，作为对比例，并在第二反应区内，沿高度方向由上向下取10个测温点，检测温度的变化范围，具体数据变化列入下表：
由上表可以看出，利用本申请，能够有效地降低变换炉内各区域的温度变化区域，提高反应的稳定性，同时提高反应的可控性。
Claims (10)
1.一种绝热控温型变换炉，其特征在于，包括沿竖直方向延伸的壳体，在壳体内沿高度方向设置有第一反应区和第二反应区，其中第一反应区位于第二反应区的上方，在第一反应区和第二反应区之间设置有一冷激气腔，冷激气管连通该冷激气腔；
在第一反应区的底部安装有第一催化剂支撑格栅，在第一反应区的顶部安装有第一催化剂格栅盖板，第一催化剂支撑格栅与第一催化剂格栅盖板之间的空间成为堆放第一催化剂的第一反应腔；在第二反应区的底部安装有第二催化剂支撑格栅，在第二反应区的顶部安装有第二催化剂格栅盖板，第二催化剂支撑格栅与第二催化剂格栅盖板之间的空间成为堆放第二催化剂的第二反应腔；在第一反应区内不设置换热装置；沿高度方向，在第二反应区内设置有至少三个换热管组，其中位于最上层的换热管组称为首级换热管组，位于最下层的换热管组称为末级换热管组，位于首级换热管组与末级换热管组之间的换热管组称为中间换热管组；在壳体的顶部设置有原料气入口，在壳体的底部设置有变换气出口。
2.根据权利要求1所述的一种绝热控温型变换炉，其特征在于，第一反应区与第二反应区的高度比例为1：(2-5)。
3.根据权利要求1所述的一种绝热控温型变换炉，其特征在于，每一换热管组均包括一进口管、一出口管和两端分别连接在该进口管和出口管上的若干根换热管，同一换热管组内的若干根换热管中，至少包括两根螺旋换热管，螺旋换热管绕壳体的中心轴线螺旋延伸；相邻的两个换热管之间具有间隙。
4.根据权利要求1所述的一种绝热控温型变换炉，其特征在于，首级换热管组和末级换热管组内的移热介质为锅炉水，所有中间换热管组内的移热介质均为饱和蒸汽。
5.根据权利要求1所述的一种绝热控温型变换炉，其特征在于，第一锅炉水作为首级换热管组的移热介质，第一锅炉水经首级换热管组后形成为第一饱和蒸汽；第二锅炉水作为末级换管组的移热介质，第二锅炉水经末级换热管组后形成为第三锅炉水；第二饱和蒸汽作为中间换热管组的移热介质，第二饱和蒸汽经该中间换热管组后形成为过热蒸汽。
6.一种水煤气变换工艺，其特征在于，采用权利要求1-5任意一项所述的一种绝热控温型变换炉进行，该水煤气变换工艺包括如下步骤：
(1)水煤气经原料气入口进入到壳体内，然后向下依次流经第一反应区、冷激气腔和第二反应区，并进行反应，生成变换气，并由变换气出口排出；
(2)冷激气由冷激气管进入到冷激气腔内；
(3)第一锅炉水进入首级换热管组内，吸收反应热后，形成为第一饱和蒸汽，并排出首级换热管组；第二锅炉水进入末级换热管组内，吸收反应热后，形成为第三锅炉水，并排出末级换热管组；第二饱和蒸汽进入中间换热管组内，吸收反应热后，形成为过热蒸汽，并排出该中间换热管组。
7.根据权利要求6所述的一种水煤气变换工艺，其特征在于，
第一反应区内的最高反应温度为380-400℃；
第二反应区的入口温度为380-400℃，第二反应区的出口温度为410-440℃；由上至下，
在第二反应区内，反应温度由380-400℃逐渐升高到435-440℃、然后再逐渐降低到400-410℃；
水煤气的进口温度为220-240℃，变换气的出口温度为410-440℃，第一反应区和第二反应内的反应压力均为6.3-7.0MPaG；
第一锅炉水的进口温度为180-190℃，第一饱和蒸汽的出口温度为240-250℃；
第二锅炉水的进口温度为210-230℃，第三锅炉水的出口温度较第二锅炉水的进口温度高10-20℃；
第二饱和蒸汽的进口温度为240-250℃，过热蒸汽的出口温度为430-440℃。
8.根据权利要求6所述的一种水煤气变换工艺，其特征在于，至少部分第一饱和蒸汽作为第二饱和蒸汽。
9.根据权利要求6所述的一种水煤气变换工艺，其特征在于，冷激气的添加量为水煤气进气量的10-30wt％，冷激气的进口温度为220-240℃。
10.根据权利要求6所述的一种水煤气变换工艺，其特征在于，在第一反应区内，水煤气的体积空速为500-800h-1。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2245607Y (zh) * | 1995-12-15 | 1997-01-22 | 山东省寿光市化工总厂 | 一种用于全低变流程的变换炉 |
| CN1160842A (zh) * | 1996-12-31 | 1997-10-01 | 湖北省化学研究所 | 用喷水雾化换热取代饱和热水塔的变换方法及设备 |
| KR20120111271A (ko) * | 2011-03-31 | 2012-10-10 | 주식회사 아세아프로텍 | 열교환기 튜브 클리닝용 유로 전환장치 |
| CN103112822A (zh) * | 2013-02-21 | 2013-05-22 | 浙江晋巨化工有限公司 | 一种与气化激冷流程配套的耐硫变换工艺 |
| CN204182370U (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-04 | 新煤化工设计院（上海）有限公司 | 一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉 |
| CN215249547U (zh) * | 2021-06-08 | 2021-12-21 | 中国神华煤制油化工有限公司 | 水煤气变换反应的*** |
-
2022
- 2022-08-15 CN CN202210974164.9A patent/CN115321480B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2245607Y (zh) * | 1995-12-15 | 1997-01-22 | 山东省寿光市化工总厂 | 一种用于全低变流程的变换炉 |
| CN1160842A (zh) * | 1996-12-31 | 1997-10-01 | 湖北省化学研究所 | 用喷水雾化换热取代饱和热水塔的变换方法及设备 |
| KR20120111271A (ko) * | 2011-03-31 | 2012-10-10 | 주식회사 아세아프로텍 | 열교환기 튜브 클리닝용 유로 전환장치 |
| CN103112822A (zh) * | 2013-02-21 | 2013-05-22 | 浙江晋巨化工有限公司 | 一种与气化激冷流程配套的耐硫变换工艺 |
| CN204182370U (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-04 | 新煤化工设计院（上海）有限公司 | 一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉 |
| CN215249547U (zh) * | 2021-06-08 | 2021-12-21 | 中国神华煤制油化工有限公司 | 水煤气变换反应的*** |
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