CN210419228U - 水煤浆气化制氢制氨的变换系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于煤化工技术领域，涉及一种水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：包括分离器、第一变换炉、废锅、第二变换炉以及汽包；分离器的顶部出口与第一变换炉的壳程入口相连；第一变换炉的管程入口与废锅的壳程出口相连；第一变换炉的壳程出口分别与废锅的管程入口以及第二变换炉的壳程入口相连；废锅的壳程进口与锅炉水管相连；废锅的管程出口与第二变换炉的壳程入口相连；第二变换炉的管程入口与汽包的管程出口相连；第二变换炉的管程出口与汽包的管程入口相连；汽包的壳程入口与来自系统的锅炉水管相连。本实用新型工艺简单、投入成本少，催化剂活性好、寿命长，设备结构可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于煤化工技术领域，涉及一种水煤浆气化制氢制氨的变换系统。
背景技术
煤气化是洁净煤技术的重要组成部分，将廉价的煤炭转化为清洁煤气，可用作生产化工产品，如合成氨等。水煤浆气化技术是我国应用时间长，研究开发工作也更深入得一项技术，该技术具有气化炉结构简单、煤种适应较广、水煤浆进料易控安全、单炉生产能力大等特点。在水煤浆气化生产氨气时，将粗煤气中过量的CO转变为H2，作为原料气再进入合成氨工艺合成氨气，因此要对水煤浆气化中的粗煤气进行变换。
一般的变换工艺根据气化工艺的不同主要有：常压造气配套变换，逐级变换，逐级中间冷却和增湿的办法，控制变换的平稳进行。在水煤浆气化制氨过程中，当粗煤气的汽气比较高，气体压力较大时，现有的变换工艺存在以下问题：变换工艺复杂，变换炉多为轴向绝热或轴径向绝热变换，变换炉高位热利用不好，变换效率不高，催化剂使用周期2-4年，寿命较短。
实用新型内容
为了解决现有技术中变换工艺复杂、变换效率低、催化剂寿命短的问题，本实用新型提供一种工艺简单、投入成本少，催化剂活性好、寿命长，设备结构可靠的水煤浆气化制氢制氨的变换系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述水煤浆气化制氢制氨的变换系统包括分离器、第一变换炉、废锅、第二变换炉以及汽包；
所述分离器设置有入口、顶部出口以及底部出口；所述第一变换炉、废锅、第二变换炉以及汽包上均设置有管程入口、管程出口、壳程入口以及壳程出口；
所述分离器的顶部出口与第一变换炉的壳程入口相连；所述第一变换炉的管程入口与废锅的壳程出口相连；所述第一变换炉的壳程出口分别与废锅的管程入口以及第二变换炉的壳程入口相连；所述废锅的壳程进口与锅炉水管相连；所述废锅的管程出口与第二变换炉的壳程入口相连；所述第二变换炉的管程入口与汽包的管程出口相连；所述第二变换炉的管程出口与汽包的管程入口相连；所述汽包的壳程入口与锅炉水管相连。
进一步的，所述水煤浆气化制氢制氨的变换系统还包括换热器；所述分离器的顶部出口经换热器后与第一变换炉的壳程入口相连；所述第一变换炉的壳程出口经换热器后与第二变换炉的壳程入口相连。
进一步的，所述第一变换炉和第二变换炉均为螺旋管式变换炉。
进一步的，所述第一变换炉内和第二变换炉内均设置有催化剂床层。
进一步限定，所述第一变换炉的壳程和第二变换炉的壳程内均设置有催化剂床层。
进一步限定，所述催化剂床层分上下两层置于第一变换炉的壳程和第二变换炉的壳程内。
进一步限定，所述催化剂床层为耐硫变换催化剂床层。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型中，水煤浆气化的粗煤气经第一变换炉以及第二变换炉进行二次变换后，工艺气可进入变换后系统进行后续的制氢制氨。本实用新型的变换系统，流程操作简单，投入资金少，成本低，且变换效果好。
2、本实用新型中第一变换炉的管程入口与废锅壳程出口相连；第二变换炉的管程入口与汽包的管程出口相连，第二变换炉的管程出口与汽包的管程入口相连。整个变换系统产生的热量分别通过废锅以及汽包移出第一变换炉以及第二变换炉中，保证第一变换炉以及第二变换炉处于低温状态，降低催化剂床层的操作温度，加快变换反应进行，提高催化剂的使用寿命。
3、本实用新型第一变换炉以及第二变换炉均采用螺旋管式变换炉，变换炉为轴向式，结构可靠。
4、本实用新型采用的催化剂床层为耐硫变换催化剂床层，催化剂床层具有很好的耐硫毒性能，适用于高汽气比下粗煤气的CO变换，且变换效率高。
附图说明
图1为本实用新型提供的水煤浆气化制氢制氨的变换系统；
其中：
1—分离器；2—换热器；3—第一变换炉；4—废锅；5—第二变换炉；6—汽包。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本实用新型做详细的说明。
实施例1
参见图1，本实用新型提供的水煤浆气化制氢制氨的变换系统包括分离器、换热器、第一变换炉、废锅、第二变换炉以及汽包。
分离器1入口与来自水煤浆气化的粗煤气相连并在分离器1中进行水煤气分离；分离器 1底部的出口送至系统废液管网，分离器1顶部的出口经换热器2与第一变换炉3顶部的壳程入口相连；第一变换炉3顶部的管程入口与废锅4壳程出口相连；第一变换炉3底部的壳程出口包括两个支路，一个支路是第一变换炉3底部的壳程出口直接与废锅4管程入口相连，另一支路是第一变换炉3底部的壳程出口经换热器2与第二变换炉5顶部壳程入口相连；第一变换炉3底部的管程出口至系统蒸汽管网，出来的蒸汽为2.5MPa过热蒸汽；废锅4壳程进口与来自系统的锅炉水管相连；废锅4的管程出口与第二变换炉5顶部的壳程入口相连；第二变换炉5顶部的管程入口与汽包6的管程出口相连；第二变换炉5底部的管程出口与汽包 6的管程入口相连；第二变换炉5底部的壳程出口至变换后系统，进行制氢或制氨；汽包6的壳程入口与来自系统的锅炉水管路相连；汽包6的壳程出口至系统废液管网。
本实用新型提供的变换系统中，水煤浆气化的粗煤气进入系统，并在第一变换炉3以及第二变换炉5中发生变换反应CO+H2O＝CO2+H2+Q，由于变换反应是一个放热反应，会产生大量的热量，若这些热量不能及时移出两个变换炉，两个变换炉壳程中的催化剂床层的温度会升高，影响催化剂活性及其催化剂寿命。具体实施时，第一变换炉3顶部的管程入口与废锅4 壳程出口相连，第一变换炉3底部的管程出口出来的2.5MPa过热蒸汽至蒸汽管网，废锅4 的壳程入口与锅炉水管相连，通过废锅4向第一变换炉3的管程中增加冷水进行热量转移，从第一变换炉3底部的管程出口出来的2.5MPa过热蒸汽最终至蒸汽管网进行热量再利用；而第二变换炉5顶部的管程入口与汽包6的管程出口相连，第二变换炉5底部的管程出口与汽包6的管程入口相连，汽包6的壳程入口与来自系统的锅炉水相连，汽包6的壳程出口至系统管网，通过汽包6将第二变换炉5中变换反应产生的热量转移。从而使得第一变换炉3以及第二变换炉5中催化剂床层的温度催化剂的操作范围内，延长了催化剂的寿命，不影响催化剂的活性，提高变换反应的效率。
实施例2
本实用新型采用的第一变换炉3以及第二变换炉5，其结构均为螺旋管换热式变换炉，这种变换炉为轴向式反应塔，反应设备结构相对简单、可靠。
第一变换炉3的壳程以及第二变换炉5的壳程内分上下两层设置有催化剂床层，催化剂床层为耐硫变换催化剂床层，实施时，在催化剂床层内填装有催化剂，催化剂可选用市面上常见的B302Q、B303Q或EB-6催化剂，催化剂为球形颗粒。这类的催化剂操作温度低，一般在180～330℃；变换后一氧化碳较低，且催化剂的抗硫毒能力较强。
实施例3～实施例5本实用新型具体的变换实施例
实施例3
水煤浆气化的粗煤气，汽气比为1.0、压力为4.2MPa，粗煤气中CO含量为45％、H2含量为38％。
采用本实用新型提供的水煤浆气化制氢制氨的变换系统，粗煤气经分离器水煤气分离后，杂质从分离器底部出口至系统管网；分离后的粗煤气经换热器换热后从第一变换炉底部的壳程入口进入第一变换炉中发生一次变换反应，在B302Q催化剂作用下，且变换反应的温度为 185℃，一次变换后的工艺气从第一变换炉底部的壳程出口后，一部分经废锅换热，另一部分经过换热器换热后，两股气体又均进入第二变换炉顶部的壳程入口并发生二次变换反应，第二变换炉中，在B302Q催化剂作用下，且变换反应的温度控制在170℃，二次变换后的工艺气中CO的含量为0.35％，因此，从第二变换炉底部的壳程出口出来的二次变换工艺气，经冷却、洗涤分离后进入后续变换后系统，出变换系统的二次变换工艺气作为制氢的原料气进入制氢系统。
实施例4
与实施例3不同的是：粗煤气汽气比为1.2、压力为6.2MPa，粗煤气中CO含量为40％、 H2含量为40％，采用本实用新型进行变换时，第一变换炉以及第二变换炉中填装的催化剂均为B303Q，第一变换炉的操作温度控制在265℃，第二变换炉的操作温度控制在280℃，经过二次变换后的工艺气中的CO的含量为0.15％；从第二变换炉底部的壳程出口出来的二次变换工艺气，作为制氢的原料气进入后续的制氢系统。整个系统变换效率高、操作简单、催化剂活性好，寿命延长。
实施例5
与实施例3不同的是：粗煤气汽气比为1.4、压力为5.5MPa，粗煤气中CO含量为35％、 H2含量为44％；采用本实用新型进行变换时，第一变换炉以及第二变换炉中填装的催化剂均为EB-6，第一变换炉的操作温度控制在230℃，第二变换炉的操作温度控制在230℃，经过二次变换后的工艺气中的CO的含量为0.2％；从第二变换炉底部的壳程出口出来的二次变换工艺气，作为原料气进入后续制氨系统，并与氮气合成氨。
Claims (7)
1.一种水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述水煤浆气化制氢制氨的变换系统包括分离器(1)、第一变换炉(3)、废锅(4)、第二变换炉(5)以及汽包(6)；
所述分离器(1)设置有入口、顶部出口以及底部出口；所述第一变换炉(3)、废锅(4)、第二变换炉(5)以及汽包(6)上均设置有管程入口、管程出口、壳程入口以及壳程出口；
所述分离器(1)的顶部出口与第一变换炉(3)的壳程入口相连；所述第一变换炉(3)的管程入口与废锅(4)的壳程出口相连；所述第一变换炉(3)的壳程出口分别与废锅(4)的管程入口以及第二变换炉(5)的壳程入口相连；所述废锅(4)的壳程进口与锅炉水管相连；所述废锅(4)的管程出口与第二变换炉(5)的壳程入口相连；所述第二变换炉(5)的管程入口与汽包(6)的管程出口相连；所述第二变换炉(5)的管程出口与汽包(6)的管程入口相连；所述汽包(6)的壳程入口与锅炉水管相连。
2.根据权利要求1所述的水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述水煤浆气化制氢制氨的变换系统还包括换热器(2)；所述分离器(1)的顶部出口经换热器(2)后与第一变换炉(3)的壳程入口相连；所述第一变换炉(3)的壳程出口经换热器(2)后与第二变换炉(5)的壳程入口相连。
3.根据权利要求1或2所述的水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述第一变换炉(3)和第二变换炉(5)均为螺旋管式变换炉。
4.根据权利要求3所述的水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述第一变换炉(3)内和第二变换炉(5)内均设置有催化剂床层。
5.根据权利要求4所述的水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述第一变换炉(3)的壳程和第二变换炉(5)的壳程内均设置有催化剂床层。
6.根据权利要求4所述的水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述催化剂床层分上下两层置于第一变换炉(3)的壳程和第二变换炉(5)的壳程内。
7.根据权利要求6所述的水煤浆气化制氢制氨的变换系统，其特征在于：所述催化剂床层为耐硫变换催化剂床层。
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