CN212237215U

CN212237215U - 自热净化炉和变换反应及热回收装置

Info

Publication number: CN212237215U
Application number: CN202020139745.7U
Authority: CN
Inventors: 张雄斌
Original assignee: HAISO TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HAISO TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2030-01-21

Abstract

本实用新型涉及自热净化炉和变换反应及热回收装置。包括由筒体及安装在筒体上端的上封头、安装在筒体下端的下封头组成的封闭炉体、中间隔板、催化剂框、中心管，所述的炉体上封头设有第一原料气入口、第二原料气入口；所述下封头设有工艺气体出口；所述中间隔板设在封闭炉体内，将炉体分为上、下两段；炉体的上段安装有催化剂框及中心管，所述的催化剂框上开设有孔；所述的中心管上端与炉体上封头原料气入口相连，中部开有小孔收集气体，下端穿过中间隔板，所述的自热净化炉上段中心管与催化剂框之间装填有变换催化剂。其分成反应段及净化段，通过一部分原料气进行变换反应产生的高温气体与另一部分原料气混合，进行净化。

Description

自热净化炉和变换反应及热回收装置

技术领域

本实用新型属化工设备领域，具体涉及一种自热净化炉。

背景技术

CO变换（CO+H₂O→H₂+CO₂）是指原料气在一定的温度和压力下通过反应器中的催化剂使其中的的CO和H₂O 发生反应生成H₂及CO₂，从而达到调整一氧化碳和氢气比例的目的，一氧化碳变换工序是现代煤化工不可或缺的重要工序。

随着我国煤化工的快速发展，以水煤浆加压气化及干粉煤加压气化为代表的气流床气化技术应用已越来越多。气流床加压气化送给变换的粗煤气具有 CO 含量高、水气比高、露点温度高及氨含量高的特点，一般水煤浆加压气化产生的粗煤气中CO 干基体积含量可达到 45% 以上、水气比达1.2～1.4；干粉煤加压气化原料气中CO 干基体积含量则达到60-70% 、水气比达～1.0。所以粗煤气变换过程中不仅CO变换反应产生大量热量，而且变换气中剩余的蒸汽也较多，因此有大量的热量需要回收及大量的冷凝液需要分离，变换气送入下工段需要将氨洗出以免影响下工段。传统的变换工艺采用绝热变换炉，需要将变换分成多级进行以获得较高的变换率，但由于CO含量高，变换的第一级反应温度特别容易超温。近年来发展的水移热式等温变换反应器（也称为等温变换炉或控温变换炉）能够及时移走反应热，解决了反应温度过高的问题。

等温变换工艺，或者等温与绝热结合的工艺，都是粗煤气通过与变换气换热提高温度后进等温变换炉进行变换反应，通过副产蒸汽移走变换反应产生的大部分热量，出变换炉的变换气通过蒸汽发生器副产低压蒸汽和用脱盐水加热器热器加热低温脱盐水来回收变换气余热、通过水冷器用循环水冷却变换气、最后通过洗氨塔洗出变换气中的NH₃；在上述变换气余热回收及冷却的过程中每一步都有冷凝液产生，需要通过单独的分离器分离；实际运行中由于等温变换炉出口温度较低，与粗煤气的温差小，采用换热的方法很难将粗煤气温度提高到反应要求的温度。

如申请号为 201520522410.2 的中国发明专利申请所公开的《去除原料气中 CO的等温变换***》及申请号 201210185731.9的中国发明专利申请所公开的《一种副产高品位蒸汽节能深度转化的水移热变换工艺》，这两种工艺都采用水移热式等温变换炉来控制反应温度，所述的粗煤气用换热器来升温，由于换热温差小，要求热交面积非常大，实际运行中催化剂使用后期需要提高原料气温度根本不可能；而且原料气中含有的粉尘极易堵塞该换热器，影响变换单元长周期稳定运行；变换气余热回收及冷却过程中产生的冷凝液采用单独的气液分离器分离，变换气中的氨单独设洗氨塔洗涤，不仅设备多流程长，而且配管复杂，***造价高。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种自热净化炉，其可实现将原料气分成两股，一股进行变换反应，然后与另一股原料气混合，使原料气达到反应所需的反应温度，充分满足催化剂后期提温的要求。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

自热净化炉，包括由筒体及安装在筒体上端的上封头、安装在筒体下端的下封头组成的封闭炉体、中间隔板、催化剂框、中心管，所述的炉体上封头设有第一原料气入口、第二原料气入口；所述的下封头设有工艺气体出口；所述的中间隔板设在封闭炉体内，将炉体分为上、下两段；炉体的上段安装有催化剂框及中心管，所述的催化剂框上开设有孔；所述的中心管上端与炉体上封头原料气入口相连，中部开有孔用于收集气体，下端穿过中间隔板，所述的自热净化炉上段中心管与催化剂框之间装填有变换催化剂。进入炉体上段内的原料气经催化剂框上的孔进入催化剂床层进行变换反应，反应后的工艺气经中心管小孔进入中心管内，与原料气入口进入中心管的未加热原料气充分混合后，进入自热净化炉下段净化剂床层净化后从工艺气体出口离开自热净化炉。

按上述方案，所述的变换催化剂优选为耐硫变换催化剂。

按上述方案，优选的，所述第二原料气入口位于炉体上封头轴线上。

按上述方案，所述中心管的下端穿过中间隔板后与气体再分布器相连。

按上述方案，所述的催化剂框是与炉体同轴的圆筒，下端固定在中间隔板上。

按上述方案，自热净化炉炉壁与催化剂框之间存在空隙，保护炉壁不超温。

按上述方案，所述的炉体的底部下封头内填装有惰性瓷球用来支撑催化剂，且其有利于气体均匀分布的作用。

按上述方案，所述中间隔板的底部装有惰性瓷球用来支撑催化剂；

按上述方案，所述的催化剂框内装填有的变换催化剂优选为耐硫变换催化剂。

按上述方案，所述的自热净化炉下段装有净化剂。

变换反应及热回收装置，包括原料气分离器，原料气预热器，自热净化炉，控温变换炉、蒸汽发生器、脱盐水加热器、变换气水冷器；原料气经原料气分离器分离冷凝液后，原料气分离器的出口设有两个支管，将出口气体分成二股，一股与自热净化炉的第二原料气进口相连进入中心管，另一股与原料气预热器相连，原料气预热器的出口与自热净化炉第一原料气进口相连，在自热净化炉上段进行变换反应，反应后的高温气体进入中心管与未反应的原料气混合进入自热净化炉下段净化，自热净化炉出口与控温变换炉进口相连，控温变换炉出口与蒸汽发生器进口相连，蒸汽发生器出口与脱盐水加热器进口相连、脱盐水加热器出口与变换气水冷器进口相连。

按上述方案，所述的变换反应及热回收装置还包括汽包，用于收集控温变换炉产生的蒸汽。

按上述方案，所述的控温变换炉的个数为一个或多个，依次相连。

按上述方案，所述的蒸汽发生器可为多个，包括低压蒸汽发生器和次低压蒸汽发生器。

按上述方案，所述的蒸汽发生器为立式蒸汽发生器，所述蒸汽发生器、脱盐水加热器都集成了分液器。

按上述方案，所述的变换气水冷器集成了分液器及洗氨塔。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型设计的自热净化炉将自热净化炉分成反应段及净化段，通过一部分原料气进行变换反应产生的高温气体与另一部分原料气混合，使原料气达到反应所需的反应温度并可根据需要进行净化，可充分满足催化剂后期提温的要求，避免了使用热交无法满足调节进变换炉的温度的要求，变换炉进口温度调节自如，能充分满足催化剂后期提温的要求。

根据需要可选择一级或二级控温变换炉，满足反应转化率要求，反应温度可控并副产蒸汽，解决了催化剂床层超温问题；

使用集成了分液器的立式蒸汽发生器、脱盐水加热器，集成了分液器及洗氨塔的水冷器，提高了变换气余热回收效率，减少了设备并缩短流程；具有全***温度低，安全性高、热量回收充分，流程短、***阻力小、占地少、造价低，节省设备投资及占地等优点。

附图说明

图 1 为自热净化炉设备图。图中： A01 上封头、A02筒体、A03下封头、A04 中间隔板、A05 催化剂框、A06 中心管、A07第一原料气入口、A08第二原料气入口、A09工艺气体出口、A10气体再分布器。

图 2 为本实用新型实施例 1 的变换反应及热回收装置及其工艺流程示意图。图中：替换气分离器1、煤气预热器2、自热净化炉3、控温变换炉4、汽包5、低压蒸汽发生器6、次低压蒸汽发生器7、脱盐水加热器8、变换气水冷器9。

图 3 为本实用新型实施例 2的变换反应及热回收装置及其工艺流程示意图。图中：替换气分离器1、煤气预热器2、自热净化炉3、第一控温变换炉4、第一汽包5、第二控温变换炉5、第二汽包7、低压蒸汽发生器8、脱盐水加热器9、变换气水冷器10。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明：

参见图 1，所述自热净化炉的结构如下：

包括由筒体A02及安装在筒体上端的上封头A01、安装在筒体下端的下封头A03组成的封闭炉体、中间隔板A04、催化剂框A05、中心管A06，所述的炉体上封头A01设有第一原料气入口A07及第二原料气入口A08；所述的炉体下封头A03设有工艺气体出口A09；所述的中间隔板A04设在封闭炉体内，将炉体分为上、下两段；炉体的上段安装有催化剂框A05及中心管A06，所述的中心管A06上端与炉体上封头轴线上的原料气入口A08相连，中部开有小孔收集经催化框中的催化剂催化变换反应后的气体，下端穿过中间隔板后与气体再分布器A10相连；所述的催化剂框A05与炉体同轴，下端焊接在中间隔板上，催化剂框上开有小孔；进入炉体上段内的原料气经催化剂框上的小孔均匀分布后进入催化剂床层进行变换反应，反应后的工艺气经中心管小孔进入中心管内，与经第二原料气入口A08进入中心管A06的未加热粗煤气充分混合后，经气体再分布器A10分布进入自热净化炉下段净化剂床层净化后从工艺气体出口A09离开自热净化炉。

所述的自热净化炉上段催化剂框内装填变换催化剂，下段装有净化剂，所述的下封头A03内填装有惰性瓷球作为支撑催化剂且有利于气体均匀分布的作用。

工作原理：被煤气预热器加热的少量原料气（占总量10～30%，进一步可为15-25%）由第一原料气进口A07进入炉体炉壁与催化剂框A05之间的空隙，经催化剂框A05均匀分布后进入自热净化炉上段催化剂床层，在催化剂框内的变换催化剂的作用下进行变换反应，反应后的高温工艺气经中心管A06上的小孔进入中心管内，与第二原料气入口A08进入中心管A06的未加热粗煤气充分混合后达到变换炉入口温度要求，经气体再分布器A12均匀分布后进入自热净化炉下段净化剂床层净化后从从工艺气体出口A09离开自热净化炉。

参见图2和图3，本发明提供的变换反应及热回收装置，包括原料气分离器，原料气预热器，自热净化炉，控温变换炉、蒸汽发生器、脱盐水加热器、变换气水冷器；原料气经原料气分离器分离冷凝液后，原料气分离器的出口设有两个支管，将出口气体分成二股，一股与自热净化炉的第二原料气进口相连进入中心管，另一股与原料气预热器相连，原料气预热器的出口与自热净化炉第一原料气进口相连，在自热净化炉上段进行变换反应，反应后的高温气体进入中心管与未反应的原料气混合进入自热净化炉下段净化，自热净化炉出口与控温变换炉进口相连，控温变换炉出口与蒸汽发生器进口相连，蒸汽发生器出口与脱盐水加热器进口相连、脱盐水加热器出口与变换气水冷器进口相连。

进一步地，所述的变换反应及热回收装置还包括汽包，用于收集控温变换炉产生的蒸汽。

所述的控温变化炉的个数为一个或多个，依次相连。

所述的蒸汽发生器可为多个，包括低压蒸汽发生器和次低压蒸汽发生器。

所述的立式蒸汽发生器、脱盐水加热器可集成分液器。

所述的水冷器可集成分液器及洗氨塔。

下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图2所示，来自水煤浆气化装置的粗煤气（压力为6.3MPaG、温度240℃），经原料气分离器1分离液态水后分为二股，其中一股约25%的粗煤气经原料气预热器2加热到260℃进自热净化炉3上段，反应后与另一股约75%直接进入中心管的粗煤气充分混合后温度约275℃去自热净化炉下段脱除粉尘及毒物，然后进控温变换炉4进行变换反应。进入控温变换炉的粗煤气，在管间变换催化剂的作用下，CO与H₂O发生变换反应，变换反应放出大量的反应热，与管内锅炉给水换热后副产4.5MPa蒸汽，副产的蒸汽进入汽包5分离水后送入蒸汽管网。出控温变换炉的变换气温度～270℃，CO含量≤3.0%(干基，mol%)，与未变换的煤气混合后首先进低压蒸汽发生器6副产1.5MPa蒸汽，工艺气温度下降到200℃经下部集成的分液器分离冷凝液，进入次低压蒸汽发生器7副产0.5MPa蒸汽，工艺气温度下降到160℃经下部集成的分液器分离冷凝液后进入脱盐水加热器8。脱盐水加热器8出口工艺气经下部集成的分液器分离冷凝液后进入变换气水冷器9，工艺气温度降低到40℃经下部集成的分液器分离冷凝液并洗氨后去后工序。

实施例2

如图3所示，来自水煤浆气化装置的粗煤气（压力为6.0MPaG、温度232℃）经原料气分离器1分离液态水后分为二股，其中一股约12%的粗煤气经原料气预热器2加热到260℃进自热净化炉3上段，反应后与另一股约88%的粗煤气经中心管混合后温度约265℃去自热净化炉3下段段脱除粉尘及毒物，然后进第一级控温变换炉4进行变换反应。进入控温变换炉的粗煤气，在管间变换催化剂的作用下，CO与H₂O发生变换反应，变换反应放出大量的反应热，经管内锅炉给水换热后副产4.5MPa蒸汽，副产的蒸汽进入第一汽包5分离水后送入蒸汽管网。出第一级控温变换炉的变换气温度～270℃，CO含量≤3.5%(干基，mol%)，进第二级控温变换炉6继续进行变换反应。进入第二级控温变换炉5的变换气，在管间变换催化剂的作用下，CO与H₂O发生变换反应，变换反应放出的反应热，经管内锅炉给水换热后副产1.0MPa蒸汽，副产的蒸汽进入第二汽包7分离水后送入蒸汽管网。出第二级控温变换炉的变换气温度～210℃，CO含量≤0.6%(干基，mol%)，首先进低压蒸汽发生器8副产0.5MPa蒸汽，工艺气温度下降到160℃经下部集成的分液器分离冷凝液，后进入脱盐水加热器9。脱盐水加热器9出口工艺气经下部集成的分液器分离冷凝液后进入变换气水冷器10，工艺气温度降低到40℃经下部集成的分液器分离冷凝液并洗氨后去后工序。

Claims

1.自热净化炉，包括由筒体及安装在筒体上端的上封头、安装在筒体下端的下封头组成的封闭炉体、中间隔板、催化剂框、中心管，所述的炉体上封头设有第一原料气入口、第二原料气入口；所述的下封头设有工艺气体出口；所述的中间隔板设在封闭炉体内，将炉体分为上、下两段；炉体的上段安装有催化剂框及中心管，所述的催化剂框上开设有孔；所述的中心管上端与炉体上封头第二原料气入口相连，中部开有小孔收集气体，下端穿过中间隔板，所述的自热净化炉上段中心管与催化剂框之间装填有变换催化剂。

2.根据权利要求1所述的自热净化炉，其特征在于：所述第二原料气入口位于炉体上封头轴线上。

3.根据权利要求1所述的自热净化炉，其特征在于：所述中心管的下端穿过中间隔板后与气体再分布器相连。

4.根据权利要求1所述的自热净化炉，其特征在于：所述的催化剂框是与炉体同轴的圆筒，下端固定在中间隔板上。

5.根据权利要求1所述的自热净化炉，其特征在于：自热净化炉炉壁与催化剂框之间存在空隙，保护炉壁不超温。

6.根据权利要求1所述的自热净化炉，其特征在于：所述的炉体的底部下封头内填装有惰性瓷球用来支撑催化剂；所述中间隔板的底部装有惰性瓷球用来支撑催化剂。

7.根据权利要求1所述的自热净化炉，其特征在于：所述的催化剂框内装填的变换催化剂为耐硫变换催化剂；自热净化炉下段装有净化剂。

8.变换反应及热回收装置，其特征在于：包括原料气分离器，原料气预热器，权利要求1所述的自热净化炉，控温变换炉、蒸汽发生器、脱盐水加热器、变换气水冷器；原料气经原料气分离器分离冷凝液后，原料气分离器的出口设有两个支管，将出口气体分成二股，一股与自热净化炉的第二原料气进口相连进入中心管，另一股与原料气预热器相连，原料气预热器的出口与自热净化炉第一原料气进口相连，在自热净化炉上段进行变换反应，反应后的高温气体进入中心管与未反应的原料气混合进入自热净化炉下段净化，自热净化炉出口与控温变换炉进口相连，控温变换炉出口与蒸汽发生器进口相连，蒸汽发生器出口与脱盐水加热器进口相连、脱盐水加热器出口与变换气水冷器进口相连。

9.根据权利要求8所述的变换反应及热回收装置，其特征在于：所述的控温变换炉的个数为一个或二个，依次相连；所述的蒸汽发生器为多个，包括低压蒸汽发生器和次低压蒸汽发生器；所述的变换反应及热回收装置还包括汽包，用于收集控温变换炉产生的蒸汽。

10.根据权利要求8所述的变换反应及热回收装置，其特征在于：所述的蒸汽发生器、脱盐水加热器都集成了分液器；所述的变换气水冷器集成了分液器及洗氨塔。