一种电加热轻烃转化制备合成气的工艺系统的制作方法

本实用新型涉及合成气制备领域，具体涉及一种电加热轻烃转化制备合成气的工艺系统。

背景技术：

合成气的有效组份为氢气(h2)和一氧化碳(co)，是甲醇、乙二醇等基本有机合成化学品及合成氨的主要组分，一般通过轻烃(天然气、炼厂干气、油田伴生气、焦炉气、干馏煤气等)转化、煤或油气化而产生。

轻烃转化制合成气主要有一段蒸汽转化法和两段转化法。

由于受转化管材料性质的限制，一段蒸汽转化法出口转化气温度受限，导致转化气中残余甲烷(ch4)偏高，原料轻烃并没有得到充分的转化，而且需要部分轻烃作为转化所需的燃料为转化反应提供热量，造成轻烃原料制备合成气有效组份的效率偏低。

两段转化法则由于引入了有耐火内衬的二段转化炉，有条件使转化温度提高，原料轻烃可以得到充分的转化，但传统二段转化炉所需的热量是通过向二段转化炉内加入氧化介质(一般为纯氧、富氧或空气)与一段转化气中的氢气(h2)、一氧化碳(co)等有效组份发生燃烧反应提供的，使部分有效组份在二段转化炉内作为燃料被消耗，同样造成轻烃原料制备合成气有效组份的效率偏低。对于轻烃原料供应紧张但又有合成气有效组份产量要求的场合，以上两种转化方案都存在一定的不足。

技术实现要素：

本实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供电加热轻烃转化制备合成气的工艺系统，采用电加热为轻烃蒸汽转化反应提供热量的两段转化方法，通过以电加热取代二段转化炉中有效组份燃烧供热的办法，完全取消合成气有效组份在二段转化炉中的燃烧消耗，可有效提高轻烃原料生产目标合成气有效组份的效率，达到用有限的轻烃原料生产更多合成气有效组份的目的。

本实用新型的技术方案是这样的：

一种电加热轻烃转化制备合成气的工艺系统，包括混合气预热器、换热式一段转化炉、电加热二段转化炉；所述混合气预热器设置有轻烃原料与工艺蒸汽入口和混合原料气出口；所述混合气出口与换热式一段转化炉管程连通，所述换热式一段转化炉设置有一段转化气出口，所述一段转化气出口与电加热二段转化炉连接；所述电加热二段转化炉的下端设置有二段转化气出口，所述二段转化气出口与换热式一段转化炉的壳程连通；所述换热式一段转化炉的壳程上端设置出口与混合气预热器连通，所述混合气预热器设置二段转化气回收口。

进一步地，所述混合气预热器为管壳式换热器，所述混合气预热器的轻烃原料与工艺蒸汽入口与混合气预热器的管程连接，所述换热式一段转化炉的壳程设置出口与混合气预热器的壳程连通。

进一步地，所述换热式一段转化炉的混合原料气入口与一段转化气出口均设置在一段转化炉的上部，混合原料气由混合原料气入口进入，在转化管反应后经中心管由一段转化气出口进入电加热二段转化炉，解决换热式一段转化炉的热膨胀应力问题。

进一步地，所述电加热二段转化炉设置有电加热元件。优先地，根据需要的电加热效果，所述电加热元件可按一段或两段设置。设置两段电加热元件时，可根据一段转化气的温度及气量，控制两段电加热元件分别的加热功率，实现二次转化的分步转化，从而实现精准控制，提高反应效率。

所述换热式一段转化炉和电加热二段转化炉中装有转化催化剂。

本工艺系统运行步骤如下：

(1)首先对轻烃原料、工艺水蒸汽进行混合并与二段转化气c换热而预热，预热温度为400～600℃，得混合原料气a；

(2)预热后的混合原料气a进入换热式一段转化炉进行转化反应，一段转化炉出口温度为600～800℃，得一段转化气b；

(3)一段转化气b随即从电加热二段转化炉的上部进入，经炉内电加热提供热量并深度催化转化后，二段转化炉出口温度为700～1200℃，得二段转化气c；

(4)二段转化气c再次回到换热式一段转化炉，为步骤(2)提供反应热量，出换热式一段转化炉后进入混合气预热器进一步回收热量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：通过以电加热取代二段转化炉中燃烧供热的办法，完全取消合成气有效组份在二段转化炉中的燃烧消耗，可有效提高轻烃原料生产目标合成气有效组份的效率，达到用有限的轻烃原料生产更多合成气有效组份的目的；优化一段转化与二段转化的设计，提高转化及换热效率，充分回收二段转化气的热量用于一段转化与预热，节能降耗；本实用新型用于制备合成气时，轻烃制备合成气有效组份(co+h2)的效率可比传统两段转化法提高约16～31％，还可省却传统两段转化法所需的空分系统投资及其动力消耗和占地，特别适用于轻烃原料供应紧张、电力供应相对宽松的场合。

附图说明

图1是本实用新型的工艺系统示意图；

图中标记：1为混合气预热器、2为换热式一段转化炉、3为电加热二段转化炉。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种电加热轻烃转化制备合成气的工艺系统，包括混合气预热器1、换热式一段转化炉2、电加热二段转化炉3；所述混合气预热器1设置有轻烃原料与工艺蒸汽入口和混合原料气出口；所述混合气出口与换热式一段转化炉2管程连通，所述换热式一段转化炉2设置有一段转化气出口，所述一段转化气出口与电加热二段转化炉3连接；所述电加热二段转化炉3的下端设置与二段转化气出口，所述二段转化气出口与换热式一段转化炉2的壳程连通；所述换热式一段转化炉2的壳程上端设置出口与混合气预热器1连通，所述混合气预热器1设置二段转化气回收口。

所述混合气预热器1为管壳式换热器，所述混合气预热器1的轻烃原料与工艺蒸汽入口与混合气预热器1的管程连接，所述换热式一段转化炉2的壳程上端设置出口与混合气预热器1的壳程连通。

所述换热式一段转化炉2的混合原料气入口与一段转化气出口均设置在换热式一段转化炉2的上部，混合原料气由混合原料气入口进入，在转化管反应后经中心管由一段转化气出口进入电加热二段转化炉3。

所述电加热二段转化炉3设置有电加热元件。

所述换热式一段转化炉1和电加热二段转化炉3中装有转化催化剂。

采用上述工艺系统，进行轻烃转化反应：

实施例1

一种电加热天然气两段转化制备合成气的方法，包括以下步骤：

(1)首先对天然气原料、工艺水蒸汽进行混合在混合气预热器1中与二段转化气c换热而预热，预热温度为450℃，得混合原料气a；

(2)预热后的混合原料气a进入装有一段转化催化剂的换热式一段转化炉2进行催化转化反应，换热式一段转化炉2出口温度为642℃，得一段转化气b；

(3)一段转化气b随即从装有二段转化催化剂的电加热二段转化炉3的上部进入，经炉内电加热提供热量并深度催化转化后，二段转化炉出口温度为980℃，得二段转化气c；

(4)二段转化气c再次回到换热式一段转化炉2，为步骤(2)提供反应热量，出换热式一段转化炉2后进入混合气预热器1进一步回收热量。

(5)当原料天然气量为4307nm³/h时，合成气中有效组份(h2+co)产量为17353nm³/h，比传统以氧气为二段转化炉氧化介质的两段转化法增产有效组份(h2+co)约30.12％，取消氧气消耗2314nm³/h。

实施例2

一种电加热焦炉气两段转化制备合成气的方法，包括以下步骤：

(1)首先对焦炉气原料、工艺水蒸汽进行混合在混合气预热器1中与二段转化气c换热而预热，预热温度为450℃，得混合原料气a；

(2)预热后的混合原料气a进入装有一段转化催化剂的换热式一段转化炉2进行催化转化反应，换热式一段转化炉2出口温度为784℃，得一段转化气b；

(3)一段转化气b随即从装有二段转化催化剂的电加热二段转化炉3的上部进入，经炉内电加热提供热量并深度催化转化后，电加热二段转化炉3出口温度为1000℃，得二段转化气c；

(4)二段转化气c再次回到换热式一段转化炉2，为步骤(2)提供反应热量，出换热式一段转化炉2后进入混合气预热器1进一步回收热量。

(5)当原料焦炉气量为10000nm³/h时，合成气中有效组份(h2+co)产量为16704nm³/h，比传统以氧气为二段转化炉氧化介质的两段转化法增产有效组份(h2+co)约16.7％，取消氧气消耗1440nm³/h。

本实用新型针对传统的轻烃一段或两段转化法普遍存在的轻烃制备合成气有效组份(h2+co)效率较低的缺点，拟将二段转化炉中的合成气有效组份(h2+co)燃烧供热改为电加热供热，完全取消合成气有效组份在二段转化炉中的燃烧消耗，可有效提高轻烃原料生产目标合成气有效组份的效率，达到用有限的轻烃原料生产更多合成气有效组份的目的，同时还可省却传统两段转化法所需的空分系统投资及其动力消耗和占地，特别适用于轻烃原料供应紧张、电力供应相对宽松的场合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。