一种变换装置及生产线的制作方法

本发明涉及合成氨或甲醇的机械生产线技术领域，具体而言，涉及一种变换装置及生产线。

背景技术：

在合成氨工厂或甲醇工厂，都设有变换装置。变换装置是将煤气中的一氧化碳转化成氢气，以满足下游生产需要。变换装置第二个任务是回收工艺气体中的热量。变换反应会产生大量热，这部分热必须回收以产生不同等级的蒸汽，并最大程度预热锅炉水和脱盐水，最后用循环水冷却至40℃进入下游生产装置。

以煤为原料的合成氨或甲醇工厂，变换装置一般为耐硫变换工艺。所用耐硫变换催化剂为钴钼系催化剂，钴钼催化剂生产和运输时皆以氧化态存在，初次使用需通入cs2和h2，将催化剂由氧化态转变成硫化态，方具有催化活性，硫化反应需在200～230℃下进行。

传统工艺中，变换装置不能对初次开车时催化剂进行升温硫化，需增设开工加热炉、水冷器、水分离器才能实现催化剂升温硫化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变换装置，能够实现初次开车时催化剂升温硫化和正常运行两种方式，减少设备，节约占地，节省投资，又具有较强操作性。

本发明的另一目的在于提供一种生产线，使用上述变换装置，能够实现初次开车时催化剂升温硫化和正常运行两种方式，减少设备，节约占地，节省投资，又具有较强操作性。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种变换装置，包括第一废锅、装有催化剂的变换炉、热交换器、用于冷却气体的变换气冷却单元和第四水分离器；

第一废锅的进口端与热交换器热侧出口端连通，第一废锅的出口端与变换炉的进口端和变换气冷却单元均连通，热交换器冷侧出口端与变换炉的进口端连通，变换炉的出口端与热交换器热侧进口端和第四水分离器均连通，第四水分离器与变换气冷却单元和第一废锅均连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述变换装置还包括氮气鼓风机，氮气鼓风机的出口端与第一废锅的进口端连通，第四水分离器的出口端与氮气鼓风机的进口端连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述变换装置还包括煤气分离器和煤气过滤器，煤气分离器的出口端与煤气过滤器的进口端连通，煤气过滤器的出口端与热交换器冷侧进口端连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述变换装置还包括水冷器，水冷器的进口端与变换炉的出口端和变换气冷却单元均连通，水冷器的出口端与第四水分离器的进口端连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述变换气冷却单元第一冷却单元和第二冷却单元，第一废锅的出口端与第一冷却单元连通，第一冷却单元与第二冷却单元连通，第二冷却单元与水冷器的进口端连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第一冷却单元包括第二废锅、锅炉水预热器和第一水分离器，第一废锅的出口端与第二废锅的进口端连通，第二废锅的出口端与锅炉水预热器的进口端连通，锅炉水预热器的出口端与第一水分离器连通，第一水分离器的出口端与第二冷却单元连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第二冷却单元包括第三废锅和第二水分离器，第三废锅的进口端与第一水分离器的出口端连通，第三废锅的出口端与第二水分离器的进口端连通，第二水分离器的出口端与水冷器的进口端连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第二冷却单元还包括脱盐水加热器，第二水分离器的出口端与脱盐水加热器的进口端连通，脱盐水加热器的出口端与水冷器的进口端连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第二冷却单元还包括第三水分离器，脱盐水加热器的出口端与第三水分离器的进口端连通，第三水分离器的出口端与水冷器的进口端连通。

一种生产线，适用于合成氨生产或甲醇生产，包括下游生产装置和上述变换装置，第四水分离器的出口端与下游生产装置连通。

本发明的较佳实施例提供的变换装置的有益效果是：在作为变换装置进行正常运行的时候，煤气经过热交换器预热，进入变换炉发生变换反应，后经过热交换器冷却，进入第一废锅，后经过变换气冷却单元冷却，再经过第四水分离器分离出水，变换气进入下游产生装置。在作为初次开车时催化剂升温硫化进行使用的时候，氮气进入第一废锅对氮气进行升温，高温氮气进入变换炉，当变换炉中催化剂温度达到230℃时，向氮气中通入cs2和h2，催化剂进行硫化反应，从变换炉出来的高温氮气被引至第四水分离器，干燥氮气又被循环送至第一废锅中。此变换装置的第一废锅能够在正常运行时，作为蒸汽发生器，利用工艺气体的热量产生饱和蒸汽；在初次开车时催化剂升温硫化时，此设备作为加热器，通入氮气，壳侧通入过热蒸汽，对氮气加热，送至变换炉。第一分离器在正常运行时，能够分离出工艺气中的水分，将干燥气体送至下游生产装置；在初次开车时催化剂升温硫化时，由于硫化反应会生成水，此设备将氮气中的水分离，并将干燥氮气送至第一锅炉内进行循环使用。能够实现初次开车时催化剂升温硫化和正常运行两种方式，减少设备，节约占地，节省投资，又具有较强操作性。

本发明提供的生产线的有益效果是：使用上述变换装置，能够实现初次开车时催化剂升温硫化和正常运行两种方式，减少设备，节约占地，节省投资，又具有较强操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例1提供的变换装置的工艺流程图；

图2为本发明实施例1提供的变换气冷却单元的工艺流程图；

图3为本发明实施例1提供的变换装置的正常运行的工艺流程图；

图4为本发明实施例1提供的变换装置的在作为初次开车时催化剂升温硫化的工艺流程图。

图标：110-氮气鼓风机；120-第一废锅；130-煤气分离器；140-煤气过滤器；190-热交换器；160-变换气冷却单元；150-变换炉；170-水冷器；180-第四水分离器；161-第一冷却单元；162-第二冷却单元；163-第二废锅；164-锅炉水预热器；165-第一水分离器；166-第三废锅；167-第二水分离器；168-脱盐水加热器；169-第三水分离器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

变换装置主要是用在合成氨生产线或甲醇生产线，能够生产出满足下游生产需求的产品，同时能够实现初次开车时催化剂的升温硫化，减少设备，节约占地，节省投资，又具有较强操作性。

图1为本实施例提供的变换装置的工艺流程图。请参阅图1，本实施例中，变换装置包括第一废锅120、装有催化剂的变换炉150、热交换器190、用于冷却气体的变换气冷却单元160和第四水分离器180。热交换器190设置有热侧进口端、热侧出口端、冷侧进口端和冷侧出口端，第一废锅120的进口端与热交换器190热侧出口端连通，第一废锅120的出口端与变换炉150的进口端和变换气冷却单元160均连通，热交换器190冷侧出口端与变换炉150的进口端连通，变换炉150的出口端与热交换器190热侧进口端和第四水分离器180均连通，第四水分离器180与变换气冷却单元160和第一废锅120均连通并用于连通下游生产装置。

在作为变换装置进行正常运行的时候，煤气经过热交换器190预热，进入变换炉150发生变换反应，后经过热交换器190冷却，进入第一废锅120，后经过变换气冷却单元160，再经过第四水分离器180分离出水，变换气进入下游产生装置。在作为初次开车时催化剂升温硫化进行使用的时候，氮气进入第一废锅120对氮气进行升温，高温氮气进入变换炉150，当变换炉150中催化剂温度达到230℃时，向氮气中通入cs2和h2，催化剂进行硫化反应，从变换炉150出来的高温氮气被引至第四水分离器180，干燥氮气又被循环送至第一废锅120中。此变换装置的第一废锅120能够在正常运行时，作为蒸汽发生器，利用工艺气体的热量产生饱和蒸汽；在初次开车时催化剂升温硫化时，此设备作为加热器，通入氮气，壳侧通入过热蒸汽，对氮气加热，送至变换炉150。第一分离器在正常运行时，能够分离出工艺气中的水分，将干燥气体送至下游生产装置；在初次开车时催化剂升温硫化时，由于硫化反应会生成水，此设备将氮气中的水分离，并将干燥氮气送至第一锅炉内进行循环使用。能够实现初次开车时催化剂升温硫化和正常运行两种方式，减少设备，节约占地，节省投资，又具有较强操作性。

为了使得到的产品(变换气)能够更加符合合成氨生产线或甲醇生产线的生产需求，优选地，变换装置还包括氮气鼓风机110，氮气鼓风机110的出口端与第一废锅120的进口端连通，第四水分离器180的出口端与氮气鼓风机110的进口端连通，外界氮气为低压氮气，启动氮气鼓风机110，可以对氮气进行升压，升压至80kpa(表压)，进入第一废锅120，以便对氮气进行预热。

优选地，变换装置还包括煤气分离器130和煤气过滤器140，煤气分离器130的出口端与煤气过滤器140的进口端连通，煤气过滤器140的出口端与热交换器190冷侧进口端连通，煤气分离器130用于分离出煤气内的水分，煤气过滤器140用于分离煤气中的灰分，方便后续的生产。

优选地，变换装置还包括水冷器170，水冷器170的进口端与变换炉150的出口端和变换气冷却单元160均连通，水冷器170的出口端与第四水分离器180的进口端连通。在变换装置正常运行或初次开车时催化剂升温硫化的过程均需要经过水冷器170。正常运行时，此设备作为最终冷却器，将工艺气冷却至40℃，送至下游生产装置。在作为初次开车时催化剂升温硫化的过程进行使用的时候，此设备作为氮气冷却器，将变换炉150出来的高温氮气冷却至40℃，送至第四水分离器180，后送至氮气鼓风机110。

图2为本实施例提供的变换气冷却单元160的工艺流程图。请参阅图1和图2，本实施例中，优选地，变换气冷却单元160包括第一冷却单元161和第二冷却单元162，第一废锅120的出口端与第一冷却单元161连通，第一冷却单元161与第二冷却单元162连通，第二冷却单元162与水冷器170的进口端连通。第一冷却单元161和第二冷却单元162主要对第一废锅120出口端的气体进行降温，以达到满足下游生产装置需求的产品。

详细地，第一冷却单元161包括第二废锅163、锅炉水预热器164和第一水分离器165，第一废锅120的出口端与第二废锅163的进口端连通，第二废锅163的出口端与锅炉水预热器164的进口端连通，锅炉水预热器164的出口端与第一水分离器165连通，第一水分离器165的出口端与第二冷却单元162连通。一步步进行降温，控制降温的速度，避免由于降温速度过快而对设备造成损坏，并分离气体中的水分。进入废锅内的锅炉水需要预热，使废锅对气体的降温效果越好，所以，将气体通入锅炉水预热器164，可以提高锅炉水的温度，方便后续的使用，同时，可以降低气体的温度。

优选地，第二冷却单元162包括第三废锅166和第二水分离器167，第三废锅166的进口端与第一水分离器165的出口端连通，第三废锅166的出口端与第二水分离器167的进口端连通，第二水分离器167的出口端与水冷器170的进口端连通。一步步进行降温，控制降温的速度，避免由于降温速度过快而对设备造成损坏，并分离气体中的水分。

优选地，第二冷却单元162还包括脱盐水加热器168，第二水分离器167的出口端与脱盐水加热器168的进口端连通，脱盐水加热器168的出口端与水冷器170的进口端连通。一步步进行降温，控制降温的速度，避免由于降温速度过快而对设备造成损坏。脱盐水的使用需要预热，所以，将气体通入脱盐水加热器168，可以提高脱盐水的温度，方便后续的使用，同时，可以降低气体的温度。

优选地，第二冷却单元162还包括第三水分离器169，脱盐水加热器168的出口端与第三水分离器169的进口端连通，第三水分离器169的出口端与水冷器170的进口端连通，分离气体中的水分。

本实施例中，第一废锅120为4.0mpa废锅，第二废锅163为1.0mpa废锅，第三废锅166为0.5mpa废锅，能够得到满足下游生产装置需求的产品。优选地，第一废锅120、第二废锅163和第三废锅166的结构相同，仅设置的参数不同。第一废锅120、第二废锅163和第三废锅166均包括换热管和壳体，换热管与壳体之间设置有间隙且壳体和换热管连接，壳体与换热管的空间内主要进行锅炉水的循环流动，而换热管内主要是有用气体进行流动，以便对低温气体加热或对高温气体降温，提高热交换的效率。锅炉水进入间隙以后，由于高温气体的作用，迅速变成蒸汽，进行蒸汽管网进行回收，同时，降低工艺气体的温度。

本实施例提供的变换装置的工作原理是：

图3为本实施例提供的变换装置的正常运行的工艺流程图。请参阅图3，本实施例中，线段较粗的部分作为气体经过的地方，变换装置正常运行时，上游装置来的煤气，经过煤气分离器130和煤气过滤器140，将其中的水分和灰分等去除，进入热交换器190冷侧进口端，经过热交换器190煤气被预热至250℃，进入变换炉150，在变换炉150发生变换反应，从变换炉150出口端出来的气体的温度为415℃(变换炉150出口气体以下简称变换气)，变换气进入热交换器190被冷却至377℃，从热交换器190热侧出口端进入4.0mpa废锅的进口端，并产出饱和蒸汽，变换气降温至265℃，经1.0mpa废锅后温度降至204℃，经锅炉水预热器164后温度降至185℃，通过水分离器将变换气析出的水分离，经过0.5mpa废锅后变换气温度降至175℃，经脱盐水预热器后温度降至120℃，分离水后，通过水冷器170最终被冷却至40℃，再一次分离水，变换气进入下游生产装置。

图4为本实施例提供的变换装置的在作为初次开车时催化剂升温硫化的工艺流程图。请参阅图4，本实施例中，线段较粗的部分作为气体经过的地方，初次开车升温硫化时，从外界引入低压氮气，充满整个开车管线。启动氮气鼓风机110，将氮气升压至80kpa(表压)，进入4.0mpa废锅。同时，从界区外引入400℃的4.0mpa过热蒸汽进入4.0mpa废锅作为热源用以加热氮气。被加热后的氮气进入变换炉150，逐步预热催化剂床层，从变换炉150出来的氮气，进入水冷器170，被冷却至40℃，通过水分离器后，返回氮气鼓风机110，完成一次循环。整个开车升温硫化过程就是氮气循环过程。催化剂床层升温过程，必须严格控制升温速率，保证≤50℃/h，催化剂的升温是由氮气升温决定的，氮气的升温速率是由加入4.0mpa过热蒸汽的量来控制的。严格控制过热蒸汽的摄入量，能够有效控制催化剂的升温速率。当催化剂床层温度达到220℃，开始往氮气中通入cs2和h2，硫化过程开始。控制进入变换炉150氮气的温度，不超过230℃。从变换炉150出来的高温氮气，被引至水冷器170，用循环水冷却至40℃，并通过分离器将其中的水分离掉，返回至氮气鼓风机110入口。循环往复。检测变换炉150进口端和出口端硫浓度，前者高于后者，硫化过程还在继续；当二者相等时，标志硫化过程结束。

在设备设计参数上，为了满足开车升温硫化过程需要，需对4.0mpa废锅和水冷器170两台设备做如下改动：

(1)4.0mpa废锅，壳侧增加蒸汽入口，壳侧操作温度由250℃改为400℃，设计温度由280℃改为415℃。

即4.0mpa废锅包括换热管和壳体，换热管和壳体之间具有间隙，壳体上设置有蒸汽出口端和用于通入不高于400℃蒸汽的蒸汽进口端。

(2)水冷器170，循环水走管侧，气体走壳侧，壳侧操作温度由120℃改为250℃，设计温度由150℃改为280℃。

即水冷器170包括换热管和外壳，换热管和外壳连接，换热管与外壳之间形成间隙，换热管内用于循环冷却水的流通，换热管与外壳之间用于气体的流通，外壳上设置有气体出口端和用于通入不高于250℃气体的气体进口端。

实施例2

一种生产线，适用于合成氨生产或甲醇生产，包括下游生产装置和实施例1提供的变换装置，第四水分离器180的出口端与下游生产装置连通。此生产线能够实现初次开车时催化剂升温硫化和正常运行两种方式，减少设备，节约占地，节省投资，又具有较强操作性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。