一種焦?fàn)t煤氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化工藝流程的制作方法
【專利摘要】一種焦?fàn)t煤氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化工藝流程。包括焦?fàn)t煤氣經(jīng)熱交換器A升溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，其特征在于：轉(zhuǎn)化爐不設(shè)催化劑層，轉(zhuǎn)化爐頂部設(shè)有燒嘴裝置，富氧空氣經(jīng)熱交換器B6升溫后與蒸汽匯流進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐；焦?fàn)t煤氣、富氧空氣、蒸汽在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)燃燒形成氨合成原料氣，氨合成原料氣進(jìn)入廢熱鍋爐降溫后引流兩路供熱，給蒸汽熱交換器D、熱交換器、給熱交換器A、熱交換器C供熱；兩路換熱后匯流依次進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器降溫、氣水分離器分離，降溫后的氨合成原料氣再進(jìn)入終端脫硫裝置脫硫；軟水由熱交換器C升溫后進(jìn)入廢熱汽包、廢熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽熱交換器D升溫后供轉(zhuǎn)化爐用。經(jīng)工藝優(yōu)化焦?fàn)t氣甲烷轉(zhuǎn)化效率≥80％，原料氣高溫實(shí)現(xiàn)熱交換器熱源自給。
【專利說(shuō)明】
一種焦?fàn)t煤氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化工藝流程
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及焦?fàn)t化轉(zhuǎn)化爐，特別是一種焦?fàn)t煤氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化工藝流程。
【背景技術(shù)】
[0002]本
【申請(qǐng)人】是以生產(chǎn)基本化工原料和化肥為主的化工企業(yè)，以煤為原料制作煤棒，煤棒進(jìn)造氣爐氣化造氣，作為合成氨的原料氣。2013年利用鋼鐵集團(tuán)副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣作為原料氣，采用催化轉(zhuǎn)化制作氨合成氣工藝，將焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化為氨合成原料氣，替代部分現(xiàn)有造氣爐。
[0003]利用鋼鐵集團(tuán)副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣制作氨合成原料氣。
[0004]如圖1所示，現(xiàn)有工藝流程為:
1、焦?fàn)t煤氣2先經(jīng)熱交換器升溫后進(jìn)入氧化鋅脫硫罐23、鈷鉬加氫反應(yīng)器24脫硫后與蒸汽管的蒸汽混合，混流后經(jīng)熱交換器進(jìn)入輻射爐27界外燃?xì)?1加熱升溫到800 -1000°C后引出進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐12。輻射爐27的煙氣由氣栗25送往煙囟22。
[0005]2、空氣I經(jīng)熱交換器升溫后也引入轉(zhuǎn)化爐12。轉(zhuǎn)化爐12內(nèi)設(shè)有上下兩層耐高溫鉻基催化劑層、轉(zhuǎn)化催化劑層，高溫的空氣1、焦?fàn)t煤氣2、蒸汽在轉(zhuǎn)化爐12內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生原料氣。
[0006]3、原料氣經(jīng)廢熱鍋爐14換熱降溫后進(jìn)入終端脫硫裝置脫硫。
[0007]上述步驟的所有熱交換器熱源由界外燃?xì)?1通過(guò)輔助鍋爐26提供，輻射爐27熱源也由界外燃?xì)?1爐內(nèi)燃燒提供。所述熱交換器為箱形體內(nèi)安裝有S形管式排管，管內(nèi)外兩種流體以管壁實(shí)施間接換熱。
[0008]這種工藝流程的缺陷在于:熱交換器要依靠界外燃?xì)?1，其次是催化劑介質(zhì)會(huì)因過(guò)流混合氣的硫含量中毒而失效，所以流程前段必須先有脫硫工序。催化劑用久了也會(huì)因催化劑表面附著焦油、粉塵阻力加大，從而失去活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的為克服上述缺陷，提供一種焦?fàn)t煤氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化工藝流程。
[0010]本發(fā)明方案是:包括焦?fàn)t煤氣經(jīng)熱交換器A升溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，其特征在于:轉(zhuǎn)化爐不設(shè)催化劑層，轉(zhuǎn)化爐頂部設(shè)有燒嘴裝置，空氣與管道氧氣經(jīng)富氧混配器混配混配成富氧空氣，富氧空氣經(jīng)熱交換器B6升溫后與蒸汽總管3的蒸汽經(jīng)三通匯流進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐12爐頂燒嘴；焦?fàn)t煤氣、富氧空氣、蒸汽在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)燃燒形成氨合成原料氣，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)蒸汽/富氧空氣比為0.20 - 0.25、富氧空氣/焦?fàn)t氣比為0.44 一 0.46、燃燒溫度為1350°C -1380°C；氨合成原料氣進(jìn)入廢熱鍋爐降溫后引流引出兩路供熱管道，一路供熱管道依次給蒸汽熱交換器D、熱交換器B作為換熱熱源，另一路供流管道依次給熱交換器A、熱交換器C作為換熱熱源；所述兩路供流管道換熱后匯流依次進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器降溫、氣水分離器氣水分離，氣水分離器流出的降溫后的氨合成原料氣再進(jìn)入終端脫硫裝置脫硫；軟水由鍋爐給水栗栗送入軟水熱交換器C升溫后進(jìn)入廢熱鍋爐的廢熱汽包，廢熱汽包軟水進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)行熱交換產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)廢熱汽包進(jìn)入蒸汽熱交換器D升溫后與蒸汽總管的蒸汽混合供轉(zhuǎn)化爐用。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:經(jīng)工藝優(yōu)化焦?fàn)t氣甲烷轉(zhuǎn)化效率多80%，依靠原料氣的高溫實(shí)現(xiàn)換熱器熱源自給。
[0012]【附圖說(shuō)明】:
圖1為現(xiàn)有技術(shù)工藝流程圖。
[0013]圖2為本發(fā)明工藝流程圖。
[0014]【具體實(shí)施方式】:
本發(fā)明:包括焦?fàn)t煤氣2經(jīng)熱交換器A7升溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐12，其特征在于:轉(zhuǎn)化爐12不設(shè)催化劑層，轉(zhuǎn)化爐12頂部設(shè)有燒嘴裝置，空氣I與管道氧氣4經(jīng)富氧混配器5混配成富氧空氣，富氧空氣經(jīng)熱交換器B6升溫后與蒸汽總管3的蒸汽經(jīng)三通匯流進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐12爐頂燒嘴；焦?fàn)t煤氣2、富氧空氣、蒸汽在轉(zhuǎn)化爐12內(nèi)燃燒形成氨合成原料氣，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)蒸汽/富氧空氣比為0.20 - 0.25、富氧空氣/焦?fàn)t氣比為0.44 一 0.46、燃燒溫度為1350°C -1380°C ;氨合成原料氣進(jìn)入廢熱鍋爐降溫后引流引出兩路供熱管道，一路供熱管道依次給蒸汽熱交換器D15、熱交換器B6作為換熱熱源，另一路供流管道依次給熱交換器A7、熱交換器C9作為換熱熱源；所述兩路供流管道換熱后匯流依次進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器10降溫、氣水分離器11氣水分離，氣水分離器11流出的降溫后的氨合成原料氣再進(jìn)入終端脫硫裝置脫硫；軟水8由鍋爐給水栗栗送入軟水熱交換器C9升溫后進(jìn)入廢熱鍋爐的廢熱汽包13，廢熱汽包13軟水8進(jìn)入廢熱鍋爐14進(jìn)行熱交換產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)廢熱汽包13進(jìn)入蒸汽熱交換器D15升溫后與蒸汽總管3的蒸汽混合供轉(zhuǎn)化爐用。
[0015]常壓非催化轉(zhuǎn)化，工藝特點(diǎn):焦?fàn)t氣不需凈化，常壓下直接進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在1300—1350°C，將焦?fàn)t氣中帶來(lái)的有機(jī)物(焦油、萘、苯、酚及有機(jī)硫化物)全部裂解轉(zhuǎn)化，與催化轉(zhuǎn)化相比，省去催化轉(zhuǎn)化前的凈化工序。轉(zhuǎn)化后，有機(jī)硫全部轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫，降低脫硫技術(shù)難度和脫硫費(fèi)用。
[0016]轉(zhuǎn)化原理:
焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)含量較多，有高級(jí)烴類、硫化物、苯類化合物，焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化，系指焦?fàn)t煤氣與氧氣發(fā)生如下反應(yīng):
第一階段為部分氧化反應(yīng)，主要是氫氣/甲烷與氧接觸發(fā)生燃燒氧化反應(yīng)生成H2O,提高氣體溫度到1350°C。該反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng):
2? +02一 2H 20
CH4 + 202 = CO2 + 2H20
第二階段為水蒸汽和二氧化碳氧化性氣體高溫的作用下，與CH4進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng):
CH4 + H2O一.- C0+3H2CH4 + CO2 一.- 2C0+2HZ
甲烷轉(zhuǎn)化的同時(shí)，其同系物按下列總反應(yīng)式轉(zhuǎn)化
CnH2n+2 + nH20 = nCO + (2n+l)H2
上述兩階段的反應(yīng)可以合并成一個(gè)總反應(yīng)式如下:
2CH4 + CO2 + O2 —~- 3C0 + 3? + H2O
由于第二個(gè)階段反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化溫度越高時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)就越完全，反應(yīng)后氣體中的殘余甲烷就越低。
[0017]甲烷部分氧化通常加入一定量的蒸汽，目的是避免焦?fàn)t氣在受熱后發(fā)生析炭的反應(yīng)，使甲烷進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在轉(zhuǎn)化反應(yīng)的同時(shí)也起到抑制析黑的生成。
[0018]焦?fàn)t煤氣用焦?fàn)t煤氣風(fēng)機(jī)升壓至25?50KPa.G，再經(jīng)焦?fàn)t煤氣預(yù)熱器換熱升溫至250?350°C后分成三路，分出的熱焦?fàn)t煤氣通過(guò)流量調(diào)節(jié)后分別進(jìn)入三臺(tái)轉(zhuǎn)化爐的燃燒混合器。焦?fàn)t煤氣風(fēng)機(jī)的出口總管上設(shè)置焦?fàn)t煤氣回流氣冷卻器實(shí)現(xiàn)煤氣流量的調(diào)整。
[0019]空氣經(jīng)空氣風(fēng)機(jī)升壓至30?60KPa.G后與來(lái)自界外的氧氣匯合并進(jìn)入富氧空氣靜態(tài)混合器，在混合器中空氣與氧氣均勾混合成含氧量一定的富氧空氣，富氧空氣通過(guò)壓力控制后再經(jīng)富氧空氣預(yù)熱器換熱升溫至160?200°C后分成三路，分出的熱富氧空氣通過(guò)流量調(diào)節(jié)后與工藝蒸汽混合并分別進(jìn)入三臺(tái)轉(zhuǎn)化爐的燃燒混合器。
[0020]燃燒混合器上設(shè)置點(diǎn)火燒嘴，從熱焦?fàn)t煤氣、熱富氧空氣、工藝蒸汽管線及吹掃空氣管線上分別引小管線至點(diǎn)火燒嘴作為開(kāi)工點(diǎn)火時(shí)的原料氣。
[0021]焦?fàn)t煤氣、富氧空氣及工藝蒸汽經(jīng)燃燒混合器噴射至轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)發(fā)生燃燒、裂解及轉(zhuǎn)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化氣從轉(zhuǎn)化爐底進(jìn)入廢熱鍋爐，經(jīng)廢熱鍋爐降溫至250°C?400°C回收熱量后三臺(tái)廢熱鍋爐出口的氣體匯合在一起后再分成兩路，一路經(jīng)焦?fàn)t煤氣熱交換器A7、軟水熱交換器C9回收熱量，另一路經(jīng)蒸汽熱交換器D15、富氧空氣熱交換器B6回收熱量后與前一路氣體匯合進(jìn)入轉(zhuǎn)化氣高效蒸發(fā)冷卻器降溫至常溫，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)化氣分離器，在分離器中完成氣液分離后，轉(zhuǎn)化氣送濕法脫硫系統(tǒng)。
[0022]來(lái)自界外的軟水經(jīng)軟水除氧器脫除氧氣后再經(jīng)鍋爐給水栗升壓至2.0?2.5MPa.G，升壓后的鍋爐水經(jīng)軟水熱交換器C升溫至110?130°C后分別進(jìn)入廢鍋汽包，廢鍋汽包中的水通過(guò)重力及虹吸作用進(jìn)入廢熱鍋爐換熱升溫并部分汽化后返回汽包，在汽包內(nèi)完成氣液分離并控制壓力至1.4?1.6MPa.G后的蒸汽去蒸汽熱交換器D15，液體進(jìn)入廢熱鍋爐繼續(xù)循環(huán)，為防止鍋爐系統(tǒng)鹽的累計(jì)，設(shè)置定期及連續(xù)排污裝置，排出的污水經(jīng)廢鍋冷卻器冷卻后放空。經(jīng)蒸汽熱交換器D15過(guò)熱后的蒸汽進(jìn)入蒸汽總管3，從蒸汽總管3上引出一股分成三路并控制流量后作為工藝蒸汽分別進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐的燃燒混合器；同時(shí)還設(shè)置了一根去小燒嘴起保護(hù)作用的保護(hù)蒸汽及一根去轉(zhuǎn)化爐底部降低轉(zhuǎn)化氣出爐溫度的降溫蒸汽。
[0023]該工藝在初始點(diǎn)火段升用外來(lái)蒸汽對(duì)各交換器供熱，生產(chǎn)正常后切斷給熱交換器供熱的蒸汽。
[0024]通過(guò)焦?fàn)t氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化工藝研究與應(yīng)用，2014年I月至8月本公司焦?fàn)t氣甲烷轉(zhuǎn)化效率彡80 %，焦?fàn)t氣甲烷含量25 % — 28 %，轉(zhuǎn)化氣甲烷含量< 0.5 %，達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化研發(fā)了焦?fàn)t氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化操作工藝技術(shù)，汽/氣比0.20 -
0.25，富氧空氣/焦?fàn)t氣比0.44 - 0.46 ;控制轉(zhuǎn)化溫度1350°C — 1380°C。
[0025]轉(zhuǎn)化爐溫度控制辦法:
通過(guò)富氧空氣與焦?fàn)t氣的量比來(lái)控制轉(zhuǎn)化爐溫度，富氧空氣與焦?fàn)t氣的流量比控制在0.44時(shí)，轉(zhuǎn)化溫度為1350°C ;富氧空氣與焦?fàn)t氣的流量比控制在0.46時(shí)，轉(zhuǎn)化溫度為1380 °C。
[0026]發(fā)明工藝采用富氧非催化轉(zhuǎn)化的原因有:
三鋼焦?fàn)t氣成分比較復(fù)雜，焦?fàn)t氣含有焦油、苯、萘、有機(jī)硫、硫化氫等雜質(zhì)非常多，凈化去除這些雜質(zhì)非常困難。如果采用空氣轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化溫度只能達(dá)到100tC，轉(zhuǎn)化效率40%，析炭嚴(yán)重。采用富氧(02含量62%)工藝，轉(zhuǎn)化溫度能達(dá)到1380°C，轉(zhuǎn)化效率80%，可以轉(zhuǎn)化裂解焦、苯、萘等有機(jī)物，焦?fàn)t氣不需要預(yù)處理脫硫等，可降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。
[0027]焦?fàn)t氣非催化轉(zhuǎn)化制合成氣實(shí)現(xiàn)三臺(tái)爐并聯(lián)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工程裝置的大型化應(yīng)用。在裝置的開(kāi)車、停車和正常運(yùn)行控制上具備成熟經(jīng)驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種焦?fàn)t煤氣常壓富氧非催化轉(zhuǎn)化工藝流程，包括焦?fàn)t煤氣2經(jīng)熱交換器A7升溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐12，其特征在于:轉(zhuǎn)化爐12不設(shè)催化劑層，轉(zhuǎn)化爐12頂部設(shè)有燒嘴裝置，空氣I與管道氧氣4經(jīng)富氧混配器5混配成富氧空氣，富氧空氣經(jīng)熱交換器B6升溫后與蒸汽總管3的蒸汽經(jīng)三通匯流進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐12爐頂燒嘴；焦?fàn)t煤氣2、富氧空氣、蒸汽在轉(zhuǎn)化爐12內(nèi)燃燒形成氨合成原料氣，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)蒸汽/富氧空氣比為0.20 - 0.25、富氧空氣/焦?fàn)t氣比為0.44 - 0.46、燃燒溫度為1350°C -1380°C ;氨合成原料氣進(jìn)入廢熱鍋爐降溫后引流引出兩路供熱管道，一路供熱管道依次給蒸汽熱交換器D15、熱交換器B6作為換熱熱源，另一路供流管道依次給熱交換器A7、熱交換器C9作為換熱熱源；所述兩路供流管道換熱后匯流依次進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器10降溫、氣水分離器11氣水分離，氣水分離器11流出的降溫后的氨合成原料氣再進(jìn)入終端脫硫裝置脫硫；軟水8由鍋爐給水栗栗送入軟水熱交換器C9升溫后進(jìn)入廢熱鍋爐的廢熱汽包13，廢熱汽包13軟水8進(jìn)入廢熱鍋爐14進(jìn)行熱交換產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)廢熱汽包13進(jìn)入蒸汽熱交換器D15升溫后與蒸汽總管3的蒸汽混合供轉(zhuǎn)化爐用。
【文檔編號(hào)】C01B3/14GK105984842SQ201510087608
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月26日
【發(fā)明人】詹俊懷, 林金柱, 覃淑英, 段宗仁, 郭金森
【申請(qǐng)人】福建三鋼閩光股份有限公司, 福建省三鋼(集團(tuán))有限責(zé)任公司