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CN103395742B - 一种水碳比控制装置 - Google Patents

一种水碳比控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种水碳比控制装置。它包括热源及通过管路相互连接的蒸发混合器和蒸汽分离器，所述蒸发混合器和蒸汽分离器的连接管路上设有温度控制装置和压力控制装置，所述蒸发混合器上设有天燃气进口、脱盐水进口和混合气出口，所述热源的进口连接于蒸发混合器上靠近天燃气进口的一端，所述热源的出口连接于蒸发混合器上靠近混合气出口的一端，所述热源进口上连接有第一流量调节阀，该第一流量调节阀与温度控制装置电控连接，所述天燃气进口上连接有第二流量调节阀，该第二流量调节阀与压力控制装置电控连接，与现有技术相比，本发明的有益效果是能精确的控制天然气与水蒸气的配比，并稳定的控制天然气与水蒸气的流量。

Description

一种水碳比控制装置
技术领域
本发明涉及一种水碳比控制装置。
背景技术
在利用天然气与水蒸气为原料制取氢气、制取甲醇和制取合成气领域，以及合成氨领域，在不同的工艺中，均要严格控制这两种原料气的配比，即水碳比（主要是总碳原子数和水蒸气体积流量），由于天然气主要成分为甲烷，所以在上述工艺中的水碳比指的就是指：在相同的温度、压力、操作条件下，甲烷与水蒸气的物质的量之比。
水碳比一般都是一个本装置原料平均碳分子数算来的，在原料变化很多的时候，不校正就不准确了。水碳比是轻油转化过程中最敏感的工艺参数。水碳比提高可以减少催化剂的结炭、减少转化催化剂有效表面积、降低反应活性和效率、降低床层出口的C2以上高级烃含量，对转化反应是非常有利的；然而水碳比的提高相应增加了脱盐水和转化炉能量的耗量，也增加了下游冷却系统的负荷。所以只能根据具体的工艺装置确定合适的水碳比。
但在目前采用的天然气制氢、天然气制甲醇、天然气制合成气、以及合成氨工艺中，只有采用在两股原料气的管路上放置流量控制系统来控制水碳比，在这种水碳比控制工艺完全依赖于调节阀与流量计之间的连锁来实现，由于调节阀对信号的响应时间会产生不同程度的延迟或滞后，另外，本身测定流量的流量计本身存在计量误差，使流量控制无法实现精确控制，流量始终在一定范围内波动，这就不可避免地会产生调节阀无法实时调节流量，从而无法实现水碳比值的准确，稳定的控制；并且，不同的流量计对安装位置都有较高的要求。
发明内容
本发明提出了一种水碳比控制装置，解决了现有技术中的不足，能精确的控制天然气与水蒸气的配比，并稳定的控制天然气与水蒸气的流量。
本发明的技术方案是这样实现的：一种水碳比控制装置，包括热源及通过管路相互连接的蒸发混合器和蒸汽分离器，所述蒸发混合器和蒸汽分离器的连接管路上设有温度控制装置和压力控制装置，所述蒸发混合器上设有天燃气进口、脱盐水进口和混合气出口，所述热源的热源进口连接于蒸发混合器上靠近天燃气进口的一端，所述热源的热源出口连接于蒸发混合器上靠近混合气出口的一端，所述热源进口上连接有第一流量调节阀，该第一流量调节阀与温度控制装置电控连接，所述天燃气进口上连接有第二流量调节阀，该第二流量调节阀与压力控制装置电控连接。
进一步的，所述蒸发混合器上设有液位控制装置，所述脱盐水进口上设有第三流量调节阀，该第三流量调节阀与液位控制装置电控连接。
进一步的，所述液位控制装置设于蒸发混合器的外侧。
进一步的，所述蒸发混合器内设有数根内管。
进一步的，所述蒸汽分离器上设有蒸汽分离进口和蒸汽分离出口。
进一步的，所述蒸汽分离器内设有除沫器。
进一步的，所述温度控制装置为温控仪；所述压力控制装置为压力调节阀。。
进一步的，所述液位控制装置为液位计。
所述温度控制装置和压力控制装置均设于靠近混合气出口的一端。
进一步的，所述热源为具备一定温度的饱和蒸汽、工艺气、中变气或转化气。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能精确的控制天然气与水蒸气的配比，并稳定的控制天然气与水蒸气的流量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明蒸发混合器内部水碳比控制原理简图。
图中：1、蒸发混合器；2、蒸汽分离器；3、温度控制装置；4、压力控制装置；5、天燃气进口；6、脱盐水进口；7、混合气出口；8、内管；9、温热源进口；10、热源出口；11、第一流量调节阀；12、第二流量调节阀；13、液位控制装置；14、第三流量调节阀；15、蒸汽分离进口；16、蒸汽分离出口；17、除沫器。
具体实施方式
下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的其中的几个实施例，而不是全部的实施例。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。
如图1和图2所示，一种水碳比控制装置，包括热源及通过管路相互连接的蒸发混合器1和蒸汽分离器2，所述热源可以为饱和蒸汽、工艺气、中变气或转化气，在本实施例中，热源为饱和蒸汽，所述蒸发混合器1和蒸汽分离器2的连接管路上设有温度控制装置3和压力控制装置4，所述蒸发混合器1上设有天燃气进口5、脱盐水进口6和混合气出口7，在蒸发混合器1内设有数根内管8。所述温度控制装置3和压力控制装置4均设于靠近混合气出口7的一端；所述热源的热源进口连接于蒸发混合器1上靠近天燃气进口5的一端，所述热源的热源出口10连接于蒸发混合器1上靠近混合气出口7的一端，所述热源进口上连接有第一流量调节阀11，该第一流量调节阀11与温度控制装置3电控连接，所述天燃气进口5上连接有第二流量调节阀12，该第二流量调节阀12与压力控制装置4电控连接；所述蒸发混合器1的外侧设有液位控制装置13，所述脱盐水进口6上设有第三流量调节阀14，该第三流量调节阀14与液位控制装置13电控连接；所述蒸汽分离器2上设有蒸汽分离进口15和蒸汽分离出口16，所述蒸汽分离器2内设有除沫器17。在本实施例中，所述温度控制装置3为温控仪；所述压力控制装置4为压力调节阀；所述液位控制装置13为液位计。
本发明的水碳比控制原理是通过控制饱和蒸汽分压和混合气的总压力来实现的。
饱和蒸汽的压力，记做PS；混合气的总压力，记做PH；天然气的压力，记做PNG，以上三个压力之间存在着以下关系：
PH =PS+ PNG         式（1）
即PNG= PH -PS    式（2）
在一定压力下，饱和蒸汽压与温度有一定的函数关系，即可以得出结论：当温度一定时，饱和蒸汽的压力就是一个定值。
如图1所示，蒸发混合器1有外加热源（该热源可以是具备一定温度的饱和蒸汽、工艺气、中变气、转化气等），进入蒸发混合器1壳程，在热源进口管路上放置有第一流量调节阀11，该第一流量调节阀11与蒸发混合器1出口管路上的温度控制装置3之间通过电控信号进行调节，如果设备出口温度偏高，则调小进口热源的流量来降低设备内部温度，该反映时间很短，控制了设备内部温度，就等于是间接控制了设备内部饱和蒸汽的压力，即控制了PS。
在蒸汽混合器的侧面上设置有液位控制装置13，该液位控制装置13与脱盐水进口6管路上的第三流量调节阀14之间通过电控信号进行调节，当液位过高或过低时，就调节脱盐水流量来调节液位，使设备内部的内管8内的脱盐水液位始终在一定的量上。
在蒸发混合器1的混合气出口7上设置压力控制装置4，该压力控制装置4与天然气进口管路的第二流量调节阀12之间通过远程电控信号进行连通，通过调节第二流量调节阀12的开度，即调节天然气进气量的大小来控制设备出口压力在一定值，该压力即为PH。
根据式（2），可知PNG为一定值，又根据道尔顿分压定律，物质的量之比等于压力之比，得出结论：原料气的水碳比（及天然气与水蒸气的物质的量的比值）得到了有效且准确的控制。
如图2所示，脱盐水从蒸发混合器1下部的脱盐水进口6进入蒸发混合器1，天然气通过蒸发混合器1底部的天燃气进口5进入蒸发混合器1管程，在内管8中的天然气鼓泡上升的作用下，带动内管8中的脱盐水在内管8壁上呈膜状上升，如图2中内管8内侧的箭头方向，内管8外侧的箭头方向为蒸发混合器1壳程热源流动方向，在蒸发混合器1壳程中具备一定温度的外加热源的作用下，膜状上升的脱盐水相变为饱和蒸汽，该饱和蒸汽与天然气在蒸发器内管8中混合，从蒸发混合器1顶部的混合气出口7出，进入蒸汽分离器2，将在输送过程中产生的液态脱盐水及部分杂质分离出来，然后，一定水碳比的饱和蒸汽与天然气混合气进入下一步工艺。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种水碳比控制装置，其特征在于：它包括热源及通过管路相互连接的蒸发混合器（1）和蒸汽分离器（2），所述蒸发混合器（1）和蒸汽分离器（2）的连接管路上设有温度控制装置（3）和压力控制装置（4），所述蒸发混合器（1）上设有天燃气进口（5）、脱盐水进口（6）和混合气出口（7），所述热源的热源进口连接于蒸发混合器（1）上靠近天燃气进口（5）的一端，所述热源的热源出口（10）连接于蒸发混合器（1）上靠近混合气出口（7）的一端，所述热源进口上连接有第一流量调节阀（11），该第一流量调节阀（11）与温度控制装置（3）电控连接，所述天燃气进口（5）上连接有第二流量调节阀（12），该第二流量调节阀（12）与压力控制装置（4）电控连接。
2.根据权利要求1所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述蒸发混合器（1）上设有液位控制装置（13），所述脱盐水进口（6）上设有第三流量调节阀（14），该第三流量调节阀（14）与液位控制装置（13）电控连接。
3.根据权利要求2所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述液位控制装置（13）设于蒸发混合器（1）的外侧。
4.根据权利要求3所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述蒸发混合器（1）内设有数根内管（8）。
5.根据权利要求4所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述蒸汽分离器（2）上设有蒸汽分离进口（15）和蒸汽分离出口（16）。
6.根据权利要求5所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述蒸汽分离器（2）内设有除沫器（17）。
7.根据权利要求6所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述温度控制装置（3）为温控仪；所述压力控制装置（4）为压力调节阀。
8.根据权利要求7所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述液位控制装置（13）为液位计。
9.根据权利要求7所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述温度控制装置（3）和压力控制装置（4）均设于靠近混合气出口（7）的一端。
10.根据权利要求9所述的一种水碳比控制装置，其特征在于：所述热源为饱和蒸汽、工艺气、中变气或转化气。
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