专利名称：烃类蒸汽换热式转化节能工艺的改进工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烃类蒸汽换热式转化节能工艺的改进工艺，适用于各种烃类蒸汽换热式转化制取合成气的工艺过程。
换热式转化工艺，是当今世界上烃类蒸汽转化制取合成气最先进的节能新工艺。该工艺的核心是利用二段转化炉的高温工艺气体，为换热式一段转化炉炉管内烃类物质与水蒸汽的转化反应提供热量，从而实现转化过程的自热式平衡或半自热式平衡，减少用于燃烧供热的烃类物质的消耗。该节能工艺于二十世纪八十年代首先由英国I.C.I公司实现工业化，其后，国外白俄罗斯格罗德诺氮素综合企业、美国Kellogg公司、日本千代田公司、丹麦TOPSφE公司以及国内成达化学工程公司、成都通用工程技术开发公司等，相继开发成功不同流程、各具特点的换热式转化工艺。国内外已经工业化的换热式转化装置，分为自热式平衡和半自热式平衡二大类。自热式平衡装置用换热式一段转化炉取代传统的外热式一段转化炉，换热式一段转化炉炉管内烃类物质与水蒸汽转化反应所需的热量，由二段转化炉来的高温工艺气体提供，热量不足部份的解决办法，是将原由一段转化的部份烃类物质蒸汽转化负荷移到二段转化炉，向二段转化炉加入过量空气或富氧空气(或纯氧)，从而维持该系统的自热式平衡。半自热式平衡装置解决热量不足部份的方法，是保留一个较小的传统外热式一段转化炉，与换热式一段转化炉并联或串联其后，换热式一段转化炉烃类物质与水蒸汽转化反应所需热量，由二段转化炉来的高温工艺气体提供，外热式一段转化炉仍由燃烧部份烃类物质供给，从而实现该系统的半自热式平衡。二段转化炉加过量空气的自热式平衡装置，在转化气净化工序需设置PSA装置或深冷脱氮装置，以脱除转化气中过量的N2和CO2；二段转化炉加富氧空气(或纯氧)的自热式平衡装置，需配套设置PSA空气分离(或深冷空分)装置，以制取富氧空气(或纯氧)。半自热式平衡装置不增加二段转化的负荷，二段转化炉仍然只加工艺计量的空气，因而不需上述配套装置。
工业化运行的实践证明，不同流程的烃类蒸汽换热式转化工艺，都具有节约燃烧用烃类物质的显著效果，但也暴露出现有工艺对提高烃类物质转化深度与保护设备安全稳定运行很难两兼顾的缺点，因二段转化炉出口转化气温度偏高特别是二段转化炉偶然超温造成的设备损坏，成为多发性事故。开停车频繁，不但给企业造成经济损失，使换热式转化装置的节能效果大打折扣，已严重影响到该节能新工艺的推广应用。
本发明的目的是通过改进工艺，克服现有换热式转化工艺的缺点，解决提高烃类物质转化深度与保护设备安全稳定运行这一对矛盾，实现长周期安全稳定运行，延长设备使用寿命，充分发挥换热式转化工艺的节能效果，以促进该节能新工艺的推广应用。
本发明的发明构思是这样的发明人经调查发现，保护换热式转化炉及其高温管系安全稳定运行的关键，在于改进换热式转化工艺流程，工艺改进的目标必须是在满足二段转化炉烃类物质转化深度的前提下，有效地控制换热式一段转化炉进口二段转化气的温度。
为实现本发明的目的，在二段转化炉与换热式一段转化炉之间，增设一台调温废热锅炉，作为控制换热式一段转化炉进口二段转化气温度的手段，调温废热锅炉的换热量即蒸发量必须是可调的。这一改进工艺可在不影响二段转化炉烃类物质转化深度的前提下，把进换热式一段转化炉的二段转化气的温度控制在一定范围，保护换热式一段转化炉及其高温管系的安全稳定运行。
本发明的烃类蒸汽换热式转化节能工艺的改进工艺的技术方案构成如下在二段转化炉与换热式一段转化炉之间，增设一台调温废热锅炉。二段转化炉出口的高温工艺气体，先进入调温废热锅炉管内，与管外的脱盐水交换部份热量后，再进入换热式一段转化炉转化管外，向转化管内的反应物提供热量。
在调温废热锅炉内设有气体旁路管，调节高温二段转化气通过旁路管的流量，在控制调温废热锅炉蒸发量的同时，有效地控制调温废热锅炉出口二段转化气的温度在一定范围。其中进入调温废热锅炉的二段转化气温度为850～1050℃，出调温废热锅炉的二段转化气温度控制在750～950℃。
本发明的烃类蒸汽换热式转化节能工艺的改进工艺可应用于各种烃类蒸汽换热式转化制取合成气的工艺过程中，包括换热式过量空气自热平衡转化工艺、换热式富氧空气或纯氧自热平衡转化工艺、换热式并联半自热平衡转化工艺和换热式串联半自热平衡转化工艺。
下面，结合附图
叙述本发明的工艺流程。
附图 烃类蒸汽换热式转化节能工艺的改进工艺代表流程示意图其中1——换热式一段转化炉2——二段转化炉3——调温废热锅炉压力为0.5～4MPa、预热至温度400～600℃、水碳比为2.5～3.0的原料气态烃(代表成份CH4)与水蒸汽的混合气，进入换热式一段转化炉1的转化管内，在内管催化剂的催化作用下，借助于转化管外来自调温废热锅炉3的二段转化气所提供的热量，气态烃与水蒸汽发生转化反应而生成H2、CO和CO2。反应进行到一定程度后，温度为600～800℃的一段转化气离开换热式一段转化炉1，进入二段转化炉2顶部，与同时加入的压力为0.4～4MPa、预热至温度400～650℃的含氧气体(空气、富氧空气或纯氧)和补充水蒸汽激烈湍动混合，发生H2与O2的燃烧反应并放出大量的热量，混合气体带着热量自上而下通过催化剂床层，在催化剂的催化作用下完成气态烃的深度转化反应。当反应进行到一定程度即出口温度达到850～1050℃时，高温工艺气体离开二段转化炉2，进入调温废热锅炉3的管内，与管外的脱盐水进行热交换后，离开调温废热锅炉3。温度为90～180℃的脱盐水进入调温废热锅炉3后，吸收管内高温二段转化气的热量，气化为水蒸汽，经汽水分离后进入系统的供热管网。调温废热锅炉3内设有气体旁路管，部份高温二段转化气经近路管直达调温废热锅炉3的出口，借助调节通过近路管内高温二段转化气的流量，可在控制调温废热锅炉3蒸发量的同时，控制出调温废热锅炉3的二段转化气的温度。来自调温废热锅炉3，温度为750～950℃的二段转化气，进入换热式一段转化炉1的转化管外，将热量传递给转化管内的反应物，自身温度降至500～700℃后，离开换热式一段转化炉1，然后遵循原有工艺流程，经换热降温后，去转化气净化及后加工工序。
发明人特别指出，改进工艺代表流程应用于不同的换热式转化工艺，都可获得同样的改进效果1.保护换热式一段转化炉及其高温管系安全稳定运行，延长设备使用寿命和检修周期，减少开停车次数和事故损失，节约维持费用和运行成本。
2.不必因顾及换热式一段转化炉及其高温管系的运行安全而降低二段转化炉内气态烃的转化深度，保证二段转化气中残余CH4≤0.5％，减少单位产品的原料气态烃消耗，节约转化气净化及后加工中的压缩电耗。
上述改进效果无疑将使换热式转化工艺的节能优热得到充分发挥，促进该节能新工艺的推广应用。
下面结合改进后的换热式并联半自热平衡转化工艺的生产实例，进一步阐明本发明的内容。
出二段转化炉2的二段转化气温度为950℃，残余CH4含量＜0.5％，流量约为6800Kg/h，进入调温废热锅炉3的管内，与管外的脱盐水换热。调节通过旁路管内的高温二段转化气的流量，将调温废热锅炉3出口的二段转化气温度控制在860℃。来自调温废热锅炉3的二段转化气进入换热式一段转化炉1的转化管外，与转化管内的反应物换热后，温度降为560℃离开换热式一段转化炉1。
出换热式一段转化炉1的转化气再经换热降温后，去转化气净化及后加工工序，可供合成约118Kg mol/h的氨。调温废热锅炉3加入温度为140℃的脱盐水，经吸收高温二段转化气的部份热量后，可副产压力为1.3MPa、温度为191℃的饱和水蒸汽，送入系统供热管网。
权利要求
1.一种烃类蒸汽换热式转化节能工艺的改进工艺，其特征在于在二段转化炉与换热式一段转化炉之间，增设一台调温废热锅炉；二段转化炉出口的高温工艺气体，先进入调温废热锅炉管内，与管外的脱盐水交换部份热量后，再进入换热式一段转化炉转化管外，向转化管内的反应物提供热量。
2.根据权利要求1所述的改进工艺，其特征在于调温废热锅炉内设有气体旁路管，调节高温二段转化气通过旁路管的流量，在控制调温废热锅炉蒸发量的同时，有效地控制调温废热锅炉出口二段转化气的温度在一定范围。
3.根据权利要求1所述的改进工艺，其特征在于进入调温废热锅炉的二段转化气温度为850～1050℃，出调温废热锅炉的二段转化气温度控制在750～950℃。
4.权利要求1-3的任何一项改进工艺可应用于各种烃类蒸汽换热式转化制取合成气的工艺过程中。
5.权利要求4所述的用途，其中各种烃类蒸汽换热式转化制取合成气的工艺包括换热式过量空气自热平衡转化工艺、换热式富氧空气或纯氧自热平衡转化工艺、换热式并联半自热平衡转化工艺和换热式串联半自热平衡转化工艺。
全文摘要
本发明公开了一种烃类蒸汽换热式转化节能工艺的改进工艺，即在二段转化炉与换热式一段转化炉之间，增设一台调温废热锅炉，将进换热式一段转化炉的二段转化气温度有效地控制在一定范围，从而可在不影响二段转化炉烃类物质转化深度的前提下，保护换热式一段转化炉及其高温管系安全稳定运行，延长设备使用寿命，减少设备事故和开停车次数，节约能源消耗，扩大了该节能新工艺的推广范围。
文档编号C01B3/34GK1390778SQ0212426
公开日2003年1月15日 申请日期2002年7月12日 优先权日2002年7月12日
发明者庞玉学, 刘武烈, 万蓉, 魏蜀刚, 庞彪 申请人:庞玉学