天然气电热换热转化器及等压合成氨甲醇尿素工艺.docxVIP

天然气电热换热转化器及等压合成氨甲醇尿素工艺李琼玖顾子樵(化工部天然气化工设计中心,成都,610041)摘要天然气在14MPa压力下,在电热换热转化器中转化后,等压下,经变换、气提法脱碳,联产尿素、甲醇,合成气经甲烷化,合成氨。本工艺大大简化了生产流程,减少了设备,降低了能耗,节省了投资,有利于模块化系列化,特别适用于中小生产装置。建议国家安排一套示范装置进行试验,以便总结推广。关键词:电热换热转化炉等压合成氨尿素甲醇通常,天然气转化工艺流程复杂、设备多、投资大、能耗高。因此,降低转化系统的投资和能耗,成为国内外开发研究的热点。经多年努力,已取得很多成果。在此基础上,我们设想使用电热换热转化器进行天然气转化,然后在等压下(14MPa)变换,气提法脱碳,联产尿素、甲醇,合成气经甲烷化后合成氨。从而达到简化流程、减少设备、降低投资、节省能耗的目的。一、几种转化工艺的特点1.换热转化工艺两段换热转化工艺,适当降低了一段炉负荷、提高二段炉负荷,这样二段出口气温度提高(960—1000℃),将其代替一段炉加热用6789101112LD+LDLAG3STBSCX2内扰和外扰时均能保证热量信号与燃料量一致。为燃烧过程自动控制系统提供了可靠的控制信号。它已在自贡市张家坝制盐化工厂6000kW热电站的煤粉锅炉燃烧系统中得到成功的运用,取得了良好社会效益和经济效益。本文撰写过程中得到张化厂高级工程师袁万斌同志的大力支持和帮助,在此致谢。Pol1Y2Y1结束语参考文献用蒸汽流量D与汽鼓压力变化dPb?dt的恰当配合来代表燃料调节系统中热量信号的方法,避免了“燃料2空气”系统中采用供氧量为控制信号的困难,也避免了直接测量和控制进入炉膛燃烧的煤粉量的困难。当出现〔1〕涂植英;等,自动控制原理,重庆大学出版社〔2〕太原工学院,DDZ22型仪表在电厂中的应用,水利电力出版社〔3〕北京电力学校,火电厂热力过程自动化,电力工程出版社(1980)12四川化工与腐蚀控制第1卷1998年第5期燃烧气,降低了天然气消耗,避免了烟气排放的热量失损。由于一段转化管外加热介质为工艺气体,温度稳定,且炉管内外压差小,炉管可用不太昂贵的合金钢制作,管壁也可减簿,这样,还可提高转化压力。彭州、泸县、大邑等氮肥厂采用圆筒型换热转化炉代替庞大的方箱炉,材料用量少、投资省、占地小、热损失低,又不要引风机。伍德公司的换热转化器,将换热转化器和部分氧化反应器配置在一台容器中,这种组合式自动加热转化器(CAR),已在斯洛伐克Chemkos.P.公司的13km3·H2?h装置中运行四年多,未发生过任何非计划性停车。CAR流程为:脱硫后天然气分成两股,分别进入主入口和第二进料口,主入口天然气与蒸汽混合,经转化管内蒸汽转化催化剂转化,转化管外部被高温的部分氧化转化气加热。蒸汽转化气经喷嘴与纯氧和第二进料口的天然气混合,进行部分氧化。伍德公司称,CAR可节省天然气15%。厂节省20—25%,所需电力不超过电解法的20%,总能耗只相当于其它氨厂的70%。这种方法更适用于供电充沛、电价便宜的地区。二、电热换热转化将换热转化与电热转化相结合,我们初步设计了电热换热转化器,其方案图如图1所示。2.电热转化工艺瑞士西尔伯灵工程事务所(Inge2nieuburoDr.L.Silbering,Zurich)成功地开发了电热转化法。电热转化器内装有直立的转化管,管内装填催化剂。烃(由甲烷至轻油)与蒸汽的混合物,由顶部进入转化器再分布入各转化管。转化管上部不装催化剂,以便通过与转化气换热将混合气加热到起始反应温度。插入转化管内的电加热管直插入底部。离开转化管的转化气,向上流动,加热管内原料气而被冷却。电热转化器操作压力为10MPa,入口温度为327℃,转化管底部最高温度为1127—1227℃,离开转化器的转化气温度约427℃。如作合成氨原料气,要配入纯氮,亦可在转化器内加入空气,这样还要减少一部分电耗。试验结果表明:一座日产千吨氨的工厂,采用电热转化工艺,原料可较同规模的其它图125kt?a氨厂电热换热转化器1.电热管(?112×6,六根,均布),2.转化管(?230×10,六根,均布),3.炉衬,4.一段催化剂,5.二段催化剂,6.壳体,7.支承拱,8.空气螺旋喷气管,9.分气管,10.挡砖加压脱硫后的天然气,与转化炉出口气换热后,再与蒸汽混合,由上部进入装有电热管和催化剂的一段蒸汽转化管内,管内由电热管供热,管外由上升的二段高温转化气供热。出炉管蒸汽转化气温度约760—800℃,在炉底与空气在混合室混合,经燃烧室进入第1卷1998年第5期四川化工与腐蚀控制13二段催化剂床层,进行催化部分氧化反应。离开床层的二段转化气温度约1000℃,CH4含量约0.5%,继续上升,与上部炉管换热降温后出转化炉。1.设计工艺流程流