天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣制合成氣是通過利用天然氣與純氧發(fā)生部分氧化反應(yīng)，直接生成合成氣的?，F(xiàn)有的天然氣部分氧化制合成氣裝置的冷卻系統(tǒng)包括三部分，且三者之間是相互獨(dú)立的。氣化爐爐膛為反應(yīng)區(qū)，該區(qū)域的冷卻通過水夾套來實(shí)現(xiàn)，水夾套與汽包構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，夾套進(jìn)水來自汽包下降管，夾套出口的汽水混合物進(jìn)入汽包，經(jīng)汽水分離之后蒸汽被排出汽包；反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的合成氣經(jīng)下降導(dǎo)管進(jìn)入激冷室，且下降導(dǎo)管浸入到液面以下，合成氣進(jìn)入水空間與水換熱被冷卻，然后以氣泡形式浮出液面，此過程主要是對(duì)合成氣進(jìn)行降溫和洗滌；合成氣經(jīng)激冷室激冷之后，再被輸送至水洗塔，與水洗塔內(nèi)噴淋水再次進(jìn)行換熱，合成氣被冷卻至常溫送至脫硫脫碳工序。然而現(xiàn)有的天然氣部分氧化制合成氣裝置其整個(gè)冷卻系統(tǒng)主要目的只有兩個(gè):保護(hù)爐膛內(nèi)壁不超溫和降低合成氣溫度，而對(duì)冷卻過程中的余熱并沒有很好的利用。首先水夾套產(chǎn)生的汽水混合物送入汽包進(jìn)行汽水分離之后，蒸汽被排放到大氣中；其次是反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的合成氣，其溫度高達(dá)1200°C，現(xiàn)有技術(shù)通過激冷室和水洗塔對(duì)合成氣進(jìn)行冷卻，最終熱量都被排放到環(huán)境當(dāng)中，不僅造成了能量的浪費(fèi)，而且還對(duì)環(huán)境造成熱污染。
[0003]因此，現(xiàn)有的有關(guān)天然氣氧化制合成氣余熱回收的技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法和系統(tǒng)，該方法既能保證氣化爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，又能降低合成氣溫度至常溫，還能回收大量余熱，實(shí)現(xiàn)了一舉多得。
[0005]在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法和系統(tǒng)，包括:
[0006](I)將天然氣和純氧在氣化爐中進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，以便得到高溫合成氣；
[0007](2)在氣化爐內(nèi)部，將燃燒火焰和所述高溫合成氣與水夾套進(jìn)行第一次換熱，以便使得所述高溫合成氣降溫變成次高溫合成氣，所述水夾套中水吸熱產(chǎn)生汽水混合物；
[0008](3)將所述氣化爐出口處的所述次高溫合成氣與一級(jí)冷卻器進(jìn)行第二次換熱，以便得到一級(jí)冷卻合成氣和一級(jí)升溫冷卻水，并將所述一級(jí)升溫冷卻水作為所述水夾套的進(jìn)水；
[0009](4)將所述汽水混合物在汽包中進(jìn)行氣液分離處理，以便得到飽和蒸汽和飽和液態(tài)水；
[0010](5)將所述一級(jí)冷卻合成氣與二級(jí)冷卻器進(jìn)行第三次換熱，以便得到二級(jí)冷卻合成氣和二級(jí)升溫冷卻水，并將所述二級(jí)升溫冷卻水返回至所述汽包中；
[0011](6)將所述飽和液態(tài)水與所述二級(jí)升溫冷卻水混合作為所述一級(jí)冷卻器的進(jìn)水；以及
[0012](7)采用補(bǔ)水栗向所述二級(jí)冷卻器供給水。
[0013]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的天然氣制合成氣的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)合成氣的冷卻，而且充分利用合成氣的余熱產(chǎn)生飽和蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)能源的最大化利用，同時(shí)通過采用換熱的方式對(duì)合成氣進(jìn)行冷卻處理，與傳統(tǒng)工藝相比，取消了激冷室和水洗塔，從而顯著降低設(shè)備成本的投入，另外，可以有效避免合成氣與水的直接接觸，從而解決了傳統(tǒng)工藝中所得合成氣水含量較高的問題。
[0014]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0015]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述水夾套設(shè)置在所述氣化爐的外殼上。由此，可以顯著提高換熱效率。
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述一級(jí)冷卻器和所述二級(jí)冷卻器分別獨(dú)立地為蛇形盤管形狀的換熱器。由此，可以進(jìn)一步提尚換熱效率。
[0017]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述蛇形盤管形狀的換熱器是由小管徑的不銹鋼管圍成的，從而增大換熱面積，提高換熱效率。
[0018]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(2)中，所述汽水混合物的質(zhì)量含汽率為0.033?0.05。由此，可以提高工藝的穩(wěn)定性。
[0019]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述次高溫合成氣的溫度為1100?1200攝氏度，所述一級(jí)冷卻合成氣的溫度為500?600攝氏度，所述二級(jí)冷卻合成氣的溫度為40?60攝氏度。
[0020]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的系統(tǒng)，包括:
[0021]氣化爐，所述氣化爐具有反應(yīng)氣入口和次高溫合成氣出口，且用于使天然氣和純氧發(fā)生部分氧化反應(yīng)，以便得到高溫合成氣；
[0022]水夾套，所述水夾套設(shè)置于所述氣化爐的外殼上，所述水夾套具有進(jìn)水口和出水口，且適于使燃燒火焰和所述次高溫合成氣與水夾套中冷卻水進(jìn)行第一次換熱，以便使得所述高溫合成氣降溫變成次高溫合成氣，所述水夾套中冷卻水吸熱產(chǎn)生汽水混合物；
[0023]—級(jí)冷卻器，所述一級(jí)冷卻器具有一級(jí)合成氣通道和一級(jí)冷卻水通道，所述一級(jí)合成氣通道的一端與所述次高溫合成氣出口相連，所述一級(jí)冷卻水通道的一端與所述進(jìn)水口相連，且用于將所述氣化爐的出口處的所述次高溫合成氣與一級(jí)冷卻器進(jìn)行第二次換熱，以便得到一級(jí)冷卻合成氣和一級(jí)升溫冷卻水，并將所述一級(jí)升溫冷卻水作為所述水夾套的進(jìn)水；
[0024]汽包，所述汽包具有汽水混合物入口、冷卻水入口、液態(tài)水出口和飽和蒸汽出口，所述液態(tài)水出口與所述一級(jí)冷卻水通道的另一端相連，且用于將所述汽水混合物進(jìn)行氣液分離處理，以便得到飽和蒸汽和飽和液態(tài)水；
[0025]二級(jí)冷卻器，所述二級(jí)冷卻器具有二級(jí)合成氣通道和二級(jí)冷卻水通道，所述二級(jí)冷卻合成氣的一端所述一級(jí)冷卻合成氣通道的另一端相連，所述二級(jí)冷卻水通道的一端與所述冷卻水入口相連，且用于將所述一級(jí)冷卻合成氣與二級(jí)冷卻器進(jìn)行第三次換熱，以便得到二級(jí)冷卻合成氣和二級(jí)升溫冷卻水，并將所述二級(jí)升溫冷卻水供給至所述汽包中；
[0026]循環(huán)栗，所述循環(huán)栗分別與所述液態(tài)水出口和所述一級(jí)冷卻合成氣通道的另一端相連，且適于將所述液態(tài)水和二級(jí)冷卻水混合后的混合水供給至所述一級(jí)冷卻器；以及
[0027]補(bǔ)水栗，所述補(bǔ)水栗與所述二級(jí)冷卻水通道的另一端相連，且適于向所述二級(jí)冷卻器中供給水。
[0028]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的天然氣制合成氣的系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)合成氣的冷卻，而且充分利用合成氣的余熱產(chǎn)生飽和蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)能源的最大化利用，同時(shí)通過采用換熱器對(duì)合成氣進(jìn)行冷卻處理，與傳統(tǒng)工藝相比，取消了激冷室和水洗塔，從而顯著降低設(shè)備成本的投入，另外，可以有效避免合成氣與水的直接接觸，從而解決了傳統(tǒng)工藝中所得合成氣水含量較高的問題。
[0029]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0030]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述一級(jí)冷卻器和所述二級(jí)冷卻器分別獨(dú)立地包括:合成氣管道；多個(gè)冷卻水管道，所述多個(gè)冷卻水管道沿圓周方向設(shè)置在所述合成氣管道的外壁上，并且所述冷卻水管道之間采用鰭片鋼板連接；以及保溫層，所述保溫層設(shè)置在所述多個(gè)冷卻水管道的外側(cè)。由此，可以進(jìn)一步提高換熱效率。
[0031]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述冷卻水管道的管徑為10?15_，所述合成氣管道的外徑為100?150mm。
[0032]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述保溫層由硅酸鹽復(fù)合保溫毯構(gòu)成。由此，可以有效避免熱量的浪費(fèi)。
[0033]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述合成氣管道的內(nèi)壁上涂覆有高吸收比涂料。由此，可以進(jìn)一步提尚換熱效率。
[0034]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0035]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0036]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法流程示意圖；
[0037]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法中采用的換熱器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的方法中采用的換熱器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的天然氣部分氧化制合成氣余熱回收的系統(tǒng)中一級(jí)換熱器的局部放大圖。