[发明专利]一种用于浆态床费托合成反应器的自然循环取热方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤制油、天然气液化制油领域，更进一步说，涉及一种用于浆态床费托合成反应器的自然循环取热方法及系统。

背景技术

用于煤制油或天然气制油的费托合成反应属于强放热反应，在合成油品的同时放出大量的热。浆态床费托合成技术中的反应器大多采用发生蒸汽的方法取出反应热，控制反应温度、维持反应的进行，同时有效回收反应热。为保证蒸汽发生系统能够可靠、有效的运行，多采用泵强制循环的汽水循环方案，常规流程见附图1。

如附图1所示，锅炉给水（除氧水）进入汽包，沿下降管经热水循环泵加压后，送入反应器内，通过受热面吸收反应热，生成汽水混合物，再经上升管返回汽包，整个汽水流动依靠热水循环泵提供动力。

现有方案均为强制循环，需要设置热水循环泵，按照循环倍率要求，循环水泵的流量为发生蒸汽量的8～15倍。随着浆态床费托合成装置规模的扩大，产汽量也越来越大，单台反应器的产汽总量在500t/h以上，采用目前强制循环方案，单台循环水泵的轴功率在2MW以上，能耗极高；此外，热水循环泵输送的为高温饱和水，对泵密封要求很高，选型较为困难，泵的投资比常规泵高，维护、检修的工作量也较多。

中国专利CN101396647A采用强制循环工艺，在结构设计上对流速、阻力要求不高，通过泵提供输送动力，因此设计的出发点为换热面积的计算，取热元件采用1分3的正三角形布置。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于浆态床费托合成反应器的自然循环取热方法。可以不需设置循环泵，实现自然循环，大大降低装置能耗，简化操作。

本发明的目的之一是提供一种用于浆态床费托合成反应器的自然循环取热方法。

包括：

汽水在循环取热系统中不需泵动力，自然循环，回收浆态床费托合成反应器内的反应热；所述循环取热系统通过水循环核算。

所述循环取热系统包括：汽包、集中上升管、集中下降管和设置在反应器内的取热元件，所述汽包、集中下降管、集中上升管和取热元件构成不需循环泵的自然循环取热系统；

所述汽包内的液位高于取热元件顶部10～20米；

所述自然循环取热系统能为系统提供20~30倍的循环倍率；

所述取热元件包括多组管束，每组管束含一根分支下降管、n根分支上升管，分别与上升管集箱总管、下降管集箱总管相连；所述分支上升管设置在上升管集箱总管四周；所述上升管集箱总管、下降管集箱总管为环形布置或水平直管；所述管束为管式结构，可以为光管或翅片管。

所述分支上升管及分支下降管也可以与多个中间集箱相连后再与上升管集箱总管、下降管集箱总管相连；

所述下降管集箱总管可位于管束上部或下部；

所述取热元件的数量可以为单个或多个，取热元件均匀分布在整个反应器内，每个取热元件分别与反应器外的集中上升管、集中下降管中的一根或多根相连；

其中，所述的分支上升管的直径≤140mm。

开工初期，在上升管总管底部通入2.5-6.0MPa的蒸汽，加热除氧水并产生自然循环动力，保证开工初始阶段的汽水自然循环。

分支上升管内水流速≥0.4m/s，小于1.0m/s。

具体可以通过以下技术方案来实现自然循环：

（1）浆态床费托合成反应器的反应热通过产生蒸汽方式取出，费托反应器的器内取热元件根据工艺设计要求及水循环及安装情况分为若干取热段，各取热段分别构成自然循环系统，每个系统由集中下降管、器内的取热元件、集中上升管和汽包组成，通过器内取热元件下降管中水柱与上升管中的汽水混合物之间的液柱差推动回路中的水自然循环，取消循环水泵；也就是说由于上升管与下降管之间密度差的不同导致水及汽侧的压力不平衡，这个不平衡的压差推动汽水流动。稳态下，自然循环是汽水流动的自我平衡过程，其中动力为汽水密度差造成的压差（P=△ρgh,h越高，P越大），阻力为整个循环系统中的管路阻力。

（2）为了使开工初始阶段受热面能够完成预热费托反应器内的介质，使介质达到必要的初始反应温度，在上升管总管底部通入2.5-6.0MPa的蒸汽，加热除氧水并产生自然循环动力，实现开工初始阶段的汽水自然循环。

（3）应用于浆态床费脱合成装置反应器的自然循环取热工艺技术，要求汽包与取热元件之间保证存在10～20米的高差，保证自然循环的推动力。

（4）应用于浆态床费脱合成装置反应器的自然循环取热工艺技术，要求管路的布置应能实现为系统提供20到30倍以上的循环倍率。