哈雷釬焊板式換熱器
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                絕熱多段式中溫變換節能方案

                點擊:1595 日期:[ 2014-04-26 21:13:54 ]
                                        絕熱多段式中溫變換節能方案                             安長征,高玉國         (山東魯西化工第一化肥有限公司,山東聊城?。玻担玻埃埃埃?    摘 要:分析目前中溫變換存在的弊端,提出增加一個換熱器的改進方案。     關鍵詞:中溫變換;汽耗;改進     中圖分類號:TQ113.26+4.2  文獻標志碼:B  文章編號:1003-6490(2012)02-0054-03     1 現有控制中變爐溫度的方式根據變換反應     CO+H2O=CO2+H2+41.19kJ/mol     絕熱變換爐內的溫度隨反應的進行而逐步升高。隨著變換爐內溫度的升高,當反應溫度超過最佳溫度線以后,就離變換反應平衡曲線越來越近,反應速率明顯下降,過高的溫度還會使變換催化劑的活性壽命縮短。在實際生產中我們通常采用以下三種方法來控制變換爐內溫度的平衡。     1.1 中間間接冷卻式多段絕熱反應流程     這是一種反應時與外界無熱交換,冷卻時將反應氣體引至熱交換器中與脫鹽水進行間壁式換熱、降溫的流程。這種方法在低溫變換中應用較多,移出的熱量傳給進飽和熱水塔的熱水。此流程的缺點是大量高品位熱能被轉化成低品位熱能,導致飽和熱水塔循環熱水溫度高,出系統變換氣溫度、濕度高,損失大量熱能并給后工序帶來較大的冷卻和分離負擔。     1.2 脫鹽水冷激式多段絕熱反應流程     變換反應需要水蒸氣參加,故可采取向高溫氣體直接加入脫鹽水,水吸熱汽化生成水蒸氣,通過調節冷激水量來調節變換爐各段進口氣體溫度。缺點是在向各段進口加的冷激水,會因氣流速度大,水未來得及汽化就接觸了變換催化劑,造成因溫度驟降催化劑表面粉化、結疤的情況;或者脫鹽水中的殘留鹽分在催化劑表面結疤,從而導致氣體偏流,通過催化劑層的阻力增大,催化劑活性降低等問題。     1.3 原料氣冷激式多段絕熱反應流程     這是一種向反應器添加冷煤氣進行直接冷卻的方式。出飽和塔含水蒸氣的低溫(相對出熱交換器的煤氣溫度)煤氣不經熱交換器直接進入變換爐各段,通過調節低溫煤氣的量來調節變換爐各段的進口氣體溫度。     此方法避免了冷激水對催化劑的不利影響,大大延長了催化劑的使用壽命,但是也有導致正常運行時能耗偏高的弊病。     對于二段中變流程,根據氣體溫度的差值和熱量守恒原理,可計算出起冷激作用的冷煤氣量大致占總氣量的40%。一方面由于這部分冷煤氣不經過熱交換器,造成能量交換過程中冷介質流量降低,出熱交換器的中變氣溫度升高,流向低變系統的能量增加,從而提高了循環熱水的溫度,間接提高了出變換系統變換氣溫度和濕度,能耗增加;另一方面由于直接向中變二段添加冷煤氣調溫,對此部分(占總氣量的20%)煤氣而言,未經過變換爐前段,變換反應時間短,CO變換率變低,為了達到相同的轉化率,就要多加蒸汽。這種流程理論上要比水冷激流程蒸汽消耗高。     2 改進方案     為了節能降耗,我建議對變換流程進行如下改動。     增加一個熱交換器,飽和塔出來的冷煤氣先經過熱交1,在此吸收中變二段出來的變換氣熱量。調節閥TIC1為熱交1的近路閥,以中變一段進氣溫度為參數,低關高開。中變一段出來的變換氣進入熱交2,和出中變1的煤氣換熱,降溫后進入中變2。調節閥TIC2為熱交2的近路閥,以中變二段進氣溫度為調節參數,低開高關。由于進入中變一段的氣體中CO和水蒸氣的濃度高,變換反應速度快,放出的熱量多。一般說來,在中變1的熱點溫度高于中變2熱點溫度10℃的情況下,中變一段的進氣溫度和中變二段的進氣溫度大致相等。只要熱交2的換熱面積不太小,在冷、熱流體熱容、流量大致相等的情況下,被降溫后的熱流體(中變2進口氣體)溫度完全可以低于被加熱后的冷流體(中變1進口氣體)溫度。也就是說不存在TIC2關閉而中變二段溫度仍高的情況。     流程示意見圖1。     由于變換反應是放熱的,為了控制中變一段的進口溫度,TIC1就要保持一定的開度,讓高溫氣體將中變系統內多余的熱量帶出。由于本流程在中變一段進口就加入了全部的CO和水蒸氣,這樣在其他條件不變的情況下,反應物的濃度高,變換反應的速度最快,CO氣體在變換爐內的停留時間最長,最接近反應平衡,變換率也就高。在氣量、熱點溫度等條件恒定的情況下,我們主要是通過增減向變換爐加入的蒸汽量來調節低變出氣的CO成分。在成分要求一定的情況下,本流程較原料氣冷激流程需要加入的蒸汽量少。由于水冷激流程的調溫原理是向高溫煤氣加入脫鹽水吸熱汽化,以替代部分參加變換反應的蒸汽,能量留在了中變系統。而本流程是讓中變反應的余熱流出中變系統。從能量方面分析,水冷激流程中溫變換向低溫變換能量流失最低。為了充分回收流向低變的熱能,我們可以把原來低變的一段冷卻器改為余熱鍋爐。根據經驗,原料氣冷激流程的出熱交變換氣溫度在300℃上下,低變一段入口溫度在240℃上下,此部分溫差完全可以作為1.2MPa蒸汽余熱鍋爐的熱源。由于新流程中所有蒸汽在變換反應初期全部加入,反應物濃度最高,所以達到同樣變換率所需蒸汽量相對于水冷激流程要少。由于新流程加入的蒸汽多為低壓飽和蒸汽,溫度在180℃左右,而出熱交去低變的變換氣溫度在300℃上下,所加入的過量蒸汽在中變過程中吸熱,由此可分析出,在新流程中出熱交去低變的變換氣中的水蒸氣含量略少,氣體溫度略高,故在新流程中此部分介質更適合作為余熱鍋爐的熱源。余熱鍋爐產生的蒸汽經壓力控制閥PIC1并入1.0MPa蒸汽網,供變換使用,這部分能量就返回了中變系統,起到了與水冷激相同的作用,更避免了水冷激流程的弊病。經余熱鍋爐冷卻后的中變氣溫度為185℃,在此溫度下的飽和水蒸氣分壓在1.0MPa以上,高于變換系統壓力,所以不存在中變氣中的水蒸氣被冷凝成液體的可能,不存在出現液擊而損壞設備的可能。     變換低變1進口變換氣溫度在230℃左右。調節閥TIC3為余熱鍋爐的近路閥,以低變一段進氣溫度為參數,低開高關。如果低變進口溫度需要低于185℃,可以將余熱鍋爐的蒸汽出口連到變換蒸汽加入閥FIC1之后,余熱鍋爐壓力可降至變換系統壓力0.8MPa,相應變換氣溫度可降至170℃。     這樣,流向低變的能量減少,向循環熱水提供熱能的設備就只有低變一、二段間的水冷,低變出口的水加熱器和熱水塔。需要熱水回收的能量減少,熱水溫度低,相應出熱水塔的變換氣溫度、濕度低,更多的能量就留在了變換系統之內,蒸汽能耗因此而降低。同時,由于熱水回收能量負荷的降低,熱水泵的流量降低,這就節省了電耗。     如果作冷激用的脫鹽水質量過關,可以對水冷激流程稍加改動,來避免冷激水對變換催化劑的不利影響。在中變各段催化劑的上面交錯鋪兩層波紋填料,經霧化噴頭噴出的冷激水可在填料表面汽化后再與催化劑接觸。此方法相對簡單、易行。     3 實例分析     魯西化工煤化一公司變換為煤氣冷激流程,根據他們的數據,低變一冷的循環熱水溫差為10℃,熱水循環量為170m3/h,變換氣流量為76?。埃埃埃恚常?。此設備被余熱鍋爐取代后,此部分熱量將生成蒸汽??捎嬎愠鰢嵃闭羝浚?    4.2×10×170×1?。埃埃埃ǎ罚丁。埃埃埃础。保埃埃病。叮埃啊。剑保矗福耄?    經驗證明飽和塔熱水溫度下降10℃,飽和塔出口煤氣溫度下降3℃,即由120℃降至117℃,對應水蒸氣分壓分別為0.198MPa和0.18MPa。噸氨煤氣中的含水量下降:     3?。常埃啊粒郏埃保梗福ǎ埃福埃保梗福埃保福ǎ埃福埃保福荨粒保福玻玻矗剑保埃担耄?    折合185℃飽和蒸汽102kg。      粗略計算此流程較原料氣冷激流程噸氨節約蒸汽45kg。     根據變換反應方程我們知道,1mol?。茫献儞Q反應需要18g水蒸氣,放出41.19kJ熱量。18g常溫水變成180℃飽和蒸汽需要吸收46.8kJ熱量。即1mol?。茫献儞Q反應理論上需要外加5.6kJ熱量。噸氨需要變換的CO大約為3?。常埃啊粒玻矗ィ玻玻矗剑常玻保耄恚铮?,需外加熱量為5.6×3.21×1?。埃埃埃剑保贰。梗罚叮耄?。如此計算理論上噸氨變換反應最低蒸汽消耗為7kg,相對于現在300kg左右的變換蒸汽消耗,我們大有可為。
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