用于sng装置的开工加热器及其开工加热系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于SNG装置的开工加热器，所述开工加热器为BFU型卧式结构，包括筒体、管板、换热管和椭圆封头，由此构成所述开工加热器的管程和壳程，其中，所述筒体和左右两端法兰的总长度为7071mm，所述筒体和上下两端法兰的总高度为2420mm；所述换热管为631根U形管，尺寸为Φ25*2.5；所述开工加热器的设计负荷为8.3MW，换热面积为364m2。还提供了使用该开工加热器的开工加热系统。其适合在合成SNG装置催化剂升温、还原中使用，且调节灵活、能源利用率高、运行可靠，安全系数高，有利于在产业中推广运用。
【专利说明】
用于SNG装置的开工加热器及其开工加热系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种开工加热器，具体涉及一种用于SNG装置的开工加热器，以及使用该开工加热器的开工加热系统。
【背景技术】
[0002]天然气是一种高效、优质的清洁燃料，近年来我国需求增长迅速，从2000到2009年数据显示，中国天然气消费量年均增长率近16%，2009年已经达到887亿立方米，同期产量的年均增长率约13%。但中国天然气资源短缺，制约了天然气生产和应用，一年一度的“气荒”对经济发展也产生了负面影响。
[0003]煤制合成天然气(SNG)立足于我国资源禀赋的特点，通过煤炭的高效转化，生产清洁能源产品，并借助管道输送到各个城市燃气的目标市场，具备较大的市场优势，煤制天然气技术相对较成熟，能量转化效率高，单位热值耗水量低，是新型煤化工最重要的发展方向之一。利用煤炭资源相对丰富的优势，适度发展煤制天然气，形成对天然气供应的有益和必要的补充，将有利于我国煤炭清洁化利用和保障能源供应安全。
[0004]煤制天然气工艺路线的核心技术是甲烷化技术，最早由德国鲁奇公司和南非沙索公司的工程师在半工业化实验厂进行考察时提出。国外的研发是以制取代用天然气为目的，目前大型甲烷化技术在国外发展已经成熟。能够提供成套技术的主要有德国的鲁奇公司、丹麦的托普索公司、英国的Davy公司以及美国的巨点能源公司等。
[0005]鲁奇公司和南非沙索公司在南非F-T煤制油工厂旁建了一套半工业化煤制合成天然气试验装置，同时，鲁奇公司和奥地利艾尔帕索天然气公司在奥地利维也纳石油化工厂建设了另一套半工业化的天然气试验装置。两套试验装置都进行了较长时期的运转。丹麦的Topsoe公司使用自己开发的专用催化剂，建设了 12m3/h的中试装置，能产出高品质的代用天然气，甲烷体积分数可达94%?96%，完全可满足天然气标准以及管道输送的要求。英国Davy公司的CRG工艺，可使甲烷化压力高达3.0?6.0MPa，可以减少设备尺寸，使用该催化剂能生产出高品质的代用天然气，甲烷体积分数可达94%?96%。美国巨点能源公司开发的煤制天然气技术又称“蓝气技术”在温和的“催化”条件下，直接催化反应并生产出清洁可燃的天然气，具有煤种适用广泛、工艺简单、设备造价低、节能和环保等优点，生产出天然气符合管道运输条件标准。
[0006]近几年我国获批的煤制合成天然气项目较多，例如:内蒙古大唐国际克什克腾旗煤制天然气项目、辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目、神华集团煤制天然气项目、华银电力内蒙古鄂尔多斯伊金霍洛旗煤制天然气项目、新矿集团新疆伊犁100亿m3/a煤制天然气项目、华能新疆公司煤制天然气项目。随着对天然气需求的剧增，国内煤制天然气项目出现了蓬勃发展的势头，成为继煤制油之后的煤化工领域投资热点。由于国内煤制合成天然气技术尚不够成熟，目前合成天然气技术大部分都采用英国Davy公司甲烷化工艺(HIC0M工艺)，或是丹麦Topsoe公司甲烷化工艺(TREMP工艺)，上述英国的HICOM工艺或丹麦的TREMP工艺中的催化剂升温、还原所采用的开工加热形式为电加热器或是开工加热炉。而在合成SNG装置中，采用这两种开工加热方式对催化剂开工前进行升温、还原，都存在操作过程中安全风险系数较低、能源浪费严重、运行不可靠、产品未能国产化、延迟开工时间、操作过程中不灵活等问题，且适用范围有限，例如开工加热炉或是电加热开工加热器基本不适合在防爆等级较高的合成SNG装置中操作。因此，当前还需要继续研发更为安全高效的开工加热设备。
【实用新型内容】
[0007]因此，为改善现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种安全系数高且能源利用率高的用于SNG装置的开工加热器，以及使用该开工加热器的开工加热系统。
[0008]一方面，本实用新型提供了一种用于SNG装置的开工加热器，所述开工加热器为BFU型卧式结构，包括筒体、管板、换热管和椭圆封头，由此构成所述开工加热器的管程和壳程，其中，所述筒体和左右两端法兰的总长度为7071_，所述筒体和上下两端法兰的总高度为2420mm;所述换热管为631根U形管，尺寸为Φ 25*2.5 ；所述开工加热器的设计负荷为
8.3MW，换热面积为364m2。该开工加热器是一种合成SNG装置催化剂开工升温、还原的蒸汽式开工加热器。本文中未标注单位的尺寸(如Φ和DN)的单位在本领域中通常为_。
[0009]根据本实用新型的开工加热器，其中，所述壳程设置有上进端，其管径为DN300;所述壳程的上进端的管内介质为过热中压蒸汽，温度为450°C，压力为4.8MPa。
[0010]根据本实用新型的开工加热器，其中，所述壳程设置有下出端，其管径为DN450;所述壳程的下出端的管内介质为饱和低压蒸汽，温度为158°C，压力为0.5MPa。
[0011 ]根据本实用新型的开工加热器，其中，所述管程设置有下进端，其管径为DN400，所述管程的下进端的管内介质为氮气或循环气;所述管程设置有上出端，其管径为DN400，所述管程的上出端的管内介质为被加热的氮气或循环气。
[0012]根据本实用新型的开工加热器，其中，所述壳程的材质为HCrlMoR;所述管程的换热管的材质为12Cr2Mol。
[0013]另一方面，本实用新型还提供了一种用于SNG装置的开工加热系统，所述开工加热系统包括本实用新型的开工加热器，还包括:
[0014]过热中压蒸汽管网，其与所述壳程的上进端连接，
[0015]饱和低压蒸汽管网，其与所述壳程的下出端连接，
[0016]循环气压缩机，其出口与所述管程的下进端连接，和
[0017]甲烷化反应器，其入口与所述管程的上出端连接。
[0018]根据本实用新型的开工加热系统，其中，在所述壳程的上进端与所述过热中压蒸汽管网之间设置有过热中压蒸汽截止阀;所述管程的下进端与所述循环气压缩机的出口之间设置有氮气或循环气截止阀。
[0019]根据本实用新型的开工加热系统，其中，在所述壳程的下出端与所述饱和低压蒸汽管网之间还依次设置有蒸汽温控调节阀和锅炉水喷淋装置;所述蒸汽温控调节阀的前、后管线上还分别设置有前截止阀和后截止阀，并且所述蒸汽温控调节阀与设置在所述前截止阀之前的温控点连接。设置该蒸汽温控调节阀，既保证合成SNG装置催化剂开工升温过程中各反应器温度的需要，还考虑到蒸汽节能率。
[0020]根据本实用新型的开工加热系统，其中，所述锅炉水喷淋装置的锅炉水管线上设置有温控阀；所述过热中压蒸汽管网在所述锅炉水喷淋装置之后的管线上设置有放空阀。在锅炉水管线上设置温控阀是防止低压蒸汽饱和带水。此外，设置锅炉水喷淋装置以及在锅炉水管线上设置温控阀，是用于保证低压蒸汽最大的利用率。
[0021]根据本实用新型的开工加热系统，其中，所述管程的上出端还通过氮气或循环气温控调节阀与所述循环气压缩机的出口管线连接，所述氮气或循环气温控调节阀所连接的温控点设置在所述管程的上出端与甲烷化反应器之间的管线上。所述蒸汽式开工加热器管程入、出口管线上连接温度控制阀门，是为了灵活控制合成SNG装置各反应器的催化剂升温的需要。
[0022]本实用新型还提供了上述开工加热系统用于合成SNG装置催化剂的升温、还原的操作方法，该方法包括以下步骤:
[0023]1.通过蒸汽式开工加热器管程下进端低压氮气管线，向欲升温的反应系统充入低压氮气。
[0024]2.当低压氮气充满整个反应系统后，逐渐打开蒸汽式开工加热器壳程下出端低压蒸汽管线的排放阀门。
[0025]3.低压蒸汽排放阀门打开后，逐渐打开蒸汽式开工加热器壳程上进端过热中压蒸汽阀门，进行蒸汽管线暖管操作。
[0026]4.产生的不合格低压蒸汽通过排放阀门(放空阀)经消音器进行排放。
[0027]5.当低压饱和蒸汽温度、压力指标合格后，投用低压蒸汽管线上温控阀、锅炉水喷淋装置及锅炉水管线上温控阀。
[0028]6.逐渐关闭低压蒸汽排放阀门，将合格的低压蒸汽并入管网。
[0029]7.根据所升温系统要求，利用蒸汽式开工加热器管程入出口副线的温控阀门进行调节升温，最终达到各个反应器升温的需要。
[0030]本实用新型的开工加热器及其开工加热系统可用于合成SNG装置开工前各个反应器升温及催化剂还原，其带来的有效果包括:(I)调节方便灵活。蒸汽式开工加热器在运行调解时更加灵活，避免电加热器干烧现象的发生；(2)设备投资小。蒸汽式开工加热器投资较小，规格型号为8.3MW的电加热器目前国内未达到技术水平，基本采用国外进口，和电加热器相比，蒸汽式开工加热器可完全国产化；(3)能源利用率高。节能效果显著，低压蒸汽过冷到158°C排出，节能率达到80?100%，较电加热器更节约厂内用电；(4)安全系数高。在合成SNG装置的防爆区域内使用，安全系数较高；(5)使用寿命较长。本实用新型的开工加热器基本无需检修，蒸汽式加热器使用寿命长达8年，而电加热器的电热元件使用寿命仅3000小时，因此在合成SNG装置内使用该开工加热器更稳定可靠；(6)缩短开工时间。利用开工加热炉进行操作，可延迟催化剂升温、还原时间达30小时，利用蒸汽作为热源对催化剂进行升温还原，大大缩短了开工时间，节约了能源;而且控制温度准确性高，这保证了合成SNG装置生产的安全稳定运行。
【附图说明】
[0031]以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施方案，其中:
[0032]图1示出了本实用新型的开工加热器及其开工加热系统的示意图。
[0033]附图标记说明:
[0034]1、开工加热器的壳程;2、开工加热器的管程;3、壳程的上进端;4、过热中压蒸汽截止阀；5、壳程的下出端;6、与蒸汽温控调节阀连接的温控点；7、前截止阀；8、蒸汽温控调节阀；9、后截止阀；10、锅炉水喷淋装置；11、锅炉水喷淋装置后的温控点；12、锅炉水管线上的温控阀；13、放空阀；14、管程的下进端；15、氮气或循环气截止阀；16、氮气或循环气温控调节阀；17、管程的上出端；18、管程的上出端的温控点；19、管程的上出端的截止阀；20、管程下进端连接的低压氮气管网。
【具体实施方式】
[0035]下面通过具体的实施例进一步说明本实用新型，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本实用新型。
[0036]如图1所示，本实用新型提供了一种用于SNG装置的蒸汽式开工加热器及其开工加热系统。在开工加热系统中，开工加热器为BFU型卧式结构，包括筒体、管板、换热管和椭圆封头，由此构成所述开工加热器的壳程I和管程2，其中，所述筒体和左右两端法兰的总长度为7071mm，所述筒体和上下两端法兰的总高度为2420mm;所述换热管为631根U形管，尺寸为Φ 25*2.5;所述开工加热器的设计负荷为8.3MW，换热面积为364m2。
[0037]所述壳程设置有上进端，其管径为DN300;所述壳程的上进端的管内介质为过热中压蒸汽，温度为450°C，压力为4.SMPa。所述壳程设置有下出端，其管径为DN450;所述壳程的下出端的管内介质为饱和低压蒸汽，温度为158°C，压力为0.5MPa。所述管程设置有下进端，其管径为DN400，所述管程的下进端的管内介质为氮气或循环气;所述管程设置有上出端，其管径为DN400，所述管程的上出端的管内介质为被加热的氮气或循环气。所述壳程的材质为14Cr IMoR;所述管程的换热管的材质为12Cr2Mo I。
[0038]除上述开工加热器外，开工加热系统还包括:
[0039]过热中压蒸汽管网，其与所述壳程的上进端3连接，在所述壳程的上进端3与所述过热中压蒸汽管网之间设置有过热中压蒸汽截止阀4。
[0040]饱和低压蒸汽管网，其与所述壳程的下出端5连接，在所述壳程的下出端5与所述饱和低压蒸汽管网之间还依次设置有蒸汽温控调节阀8和锅炉水喷淋装置10;所述蒸汽温控调节阀8的前、后管线上还分别设置有前截止阀7和后截止阀9，并且所述蒸汽温控调节阀8与设置在所述前截止阀7之前的温控点6连接。所述锅炉水喷淋装置10的锅炉水管线上设置有温控阀12，其与锅炉水喷淋装置后的温控点11连接;所述过热中压蒸汽管网在所述锅炉水喷淋装置10之后的管线上设置有放空阀13。
[0041]循环气压缩机，其出口与所述管程的下进端14连接，所述管程的下进端14与所述循环气压缩机的出口之间设置有氮气或循环气截止阀15。另外，管程的下进端连接有低压氮气管网20。
[0042]甲烷化反应器，其入口与所述管程的上出端17连接。所述管程的上出端17还通过氮气或循环气温控调节阀16与所述循环气压缩机的出口管线连接，所述氮气或循环气温控调节阀16所连接的温控点18设置在所述管程的上出端与甲烷化反应器之间的管线上。另夕卜，管程的上出端还设置有截止阀19。
[0043]本实用新型的开工加热器及其开工加热器在合成SNG装置开工升温和催化剂还原中的使用步骤为:
[0044]首先是打通开工加热器管程2相连接的工艺流程，利用低压氮气管网20的低压氮气向系统充入氮气;第二是将开工加热器壳程I的下出端5相联接的管线流程打通;第三是打通开工加热器壳程I上进端4的过热中压蒸汽流程;第四是通过氮气或循环气温控调节16控制各个反应器升温需要。
[0045]更具体地，本实用新型用于合成SNG装置的开工加热器及其开工加热系统的操作步骤及条件为:
[0046]根据合成SNG装置各个反应器催化剂升温、还原需要，通过使用氮气或循环气温控调节阀调整开工加热器出口的氮气升温速率，温升速率控制小于50°C，当开工加热器管程的上出端17升到100°C时维持恒温30分钟。当脱硫槽床层温度达到120°C时，关闭去各反应器氮气阀门，使氮气全部通过脱硫槽，保持氮气流量在67.3t/h。通入少许原料气进入脱硫槽进行催化剂还原，根据脱硫槽进出口气体进行分析判断，按照升温速率小于50°C，通过开工加热器逐渐将脱硫槽升到180°C、200°C、最后升到225?230 V，不同温度条件下向系统配入一定量的还原气体。然后根据脱硫槽床层和出口气体分析判断催化剂还原是否结束。脱硫槽催化剂还原结束后打开循环起压缩机入口分离罐处的高压氮气阀门，向还原系统充入高压氮气，将还原回路置换一段时间，根据脱硫槽出口取样分析，当还原剂浓度小于
0.05mol%，认为脱硫槽系统置换合格。
[0047]脱硫槽内催化剂还原结束，还原回路氮气置换合格后，要对各个反应器床层继续开始升温，首先调节各反应器入口开工氮气流控阀门，通过开工加热器以升温速率小于50°(:将管程的上出端17加热到200°C，恒温数小时后继续加热到230°C。当脱硫槽出口温度达至|J200°C时，关闭脱硫槽入口开工氮气流控阀门，通过调整各反应器氮气流量及蒸汽加热器出口温度，逐渐将第二补充甲烷化反应器出口温度升到250°C，第一补充甲烷化反应器出口温度升到280°C。第一、二补充甲烷化反应器温度升完毕后，调节开工加热器的管程的上出端加热到350°C，保证第一、第二大量甲烷化反应器出口达到320°C。如果在升温甲烷化反应器床层温度时，脱硫槽床层温度降到180°C以下，需要通过蒸汽加热器对脱硫槽进行重新升温O
[0048]各反应器床层温度满足投料要求时，逐渐向系统引入原料气，当第二补充甲烷化反应器有明显温升时，逐渐将开工加热器切除系统，升温管线进行泄压，蒸汽加热器盲板隔尚出系统。
[0049]从以上操作步骤中可以看出，本实用新型所述的开工加热器及其开工加热系统适合在合成SNG装置催化剂升温、还原中应用，且调节灵活、能源利用率高、运行可靠，安全系数高，有利于在产业中推广运用。
[0050]尽管本实用新型已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本实用新型不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
【主权项】
1.一种用于SNG装置的开工加热器，其特征在于，所述开工加热器为BFU型卧式结构，包括筒体、管板、换热管和椭圆封头，由此构成所述开工加热器的管程和壳程，其中，所述筒体和左右两端法兰的总长度为7071mm，所述筒体和上下两端法兰的总高度为2420mm;所述换热管为631根U形管，尺寸为Φ 25*2.5 ;所述开工加热器的设计负荷为8.3MW，换热面积为364m2ο2.根据权利要求1所述的开工加热器，其特征在于，所述壳程设置有上进端，其管径为DN300;所述壳程的上进端的管内介质为过热中压蒸汽，温度为450°C，压力为4.8MPa。3.根据权利要求1所述的开工加热器，其特征在于，所述壳程设置有下出端，其管径为DN450;所述壳程的下出端的管内介质为饱和低压蒸汽，温度为158°C，压力为0.5MPa。4.根据权利要求1至3中任一项所述的开工加热器，其特征在于，所述管程设置有下进端，其管径为DN400，所述管程的下进端的管内介质为氮气或循环气;所述管程设置有上出端，其管径为DN400，所述管程的上出端的管内介质为被加热的氮气或循环气。5.根据权利要求1至3中任一项所述的开工加热器，其特征在于，所述壳程的材质为14Cr IMoR ；所述管程的换热管的材质为12Cr2Mo I。6.—种用于SNG装置的开工加热系统，其特征在于，所述开工加热系统包括权利要求1?5中任一项所述的开工加热器，还包括: 过热中压蒸汽管网，其与所述壳程的上进端连接， 饱和低压蒸汽管网，其与所述壳程的下出端连接， 循环气压缩机，其出口与所述管程的下进端连接，和 甲烷化反应器，其入口与所述管程的上出端连接。7.根据权利要求6所述的开工加热系统，其特征在于，在所述壳程的上进端与所述过热中压蒸汽管网之间设置有过热中压蒸汽截止阀;所述管程的下进端与所述循环气压缩机的出口之间设置有氮气或循环气截止阀。8.根据权利要求6所述的开工加热系统，其特征在于，在所述壳程的下出端与所述饱和低压蒸汽管网之间还依次设置有蒸汽温控调节阀和锅炉水喷淋装置;所述蒸汽温控调节阀的前、后管线上还分别设置有前截止阀和后截止阀，并且所述蒸汽温控调节阀与设置在所述前截止阀之前的温控点连接。9.根据权利要求8所述的开工加热系统，其特征在于，所述锅炉水喷淋装置的锅炉水管线上设置有温控阀;所述过热中压蒸汽管网在所述锅炉水喷淋装置之后的管线上设置有放空阀。10.根据权利要求6至9中任一项所述的开工加热系统，其特征在于，所述管程的上出端还通过氮气或循环气温控调节阀与所述循环气压缩机的出口管线连接，所述氮气或循环气温控调节阀所连接的温控点设置在所述管程的上出端与甲烷化反应器之间的管线上。
【文档编号】F28F21/00GK205576042SQ201620202620
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】李强, 于金贵, 杨言江, 李钢, 赵亮, 王季秋
【申请人】辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司