[发明专利]天然气部分氧化制合成气余热回收的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体而言，本发明涉及一种天然气部分氧化制合成气余热回收的方法和系统。

背景技术

天然气制合成气是通过利用天然气与纯氧发生部分氧化反应，直接生成合成气的。现有的天然气部分氧化制合成气装置的冷却系统包括三部分，且三者之间是相互独立的。气化炉炉膛为反应区，该区域的冷却通过水夹套来实现，水夹套与汽包构成一个循环系统，夹套进水来自汽包下降管，夹套出口的汽水混合物进入汽包，经汽水分离之后蒸汽被排出汽包；反应区产生的合成气经下降导管进入激冷室，且下降导管浸入到液面以下，合成气进入水空间与水换热被冷却，然后以气泡形式浮出液面，此过程主要是对合成气进行降温和洗涤；合成气经激冷室激冷之后，再被输送至水洗塔，与水洗塔内喷淋水再次进行换热，合成气被冷却至常温送至脱硫脱碳工序。然而现有的天然气部分氧化制合成气装置其整个冷却系统主要目的只有两个：保护炉膛内壁不超温和降低合成气温度，而对冷却过程中的余热并没有很好的利用。首先水夹套产生的汽水混合物送入汽包进行汽水分离之后，蒸汽被排放到大气中；其次是反应区产生的合成气，其温度高达1200℃，现有技术通过激冷室和水洗塔对合成气进行冷却，最终热量都被排放到环境当中，不仅造成了能量的浪费，而且还对环境造成热污染。

因此，现有的有关天然气氧化制合成气余热回收的技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种天然气部分氧化制合成气余热回收的方法和系统，该方法既能保证气化炉安全稳定运行，又能降低合成气温度至常温，还能回收大量余热，实现了一举多得。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种天然气部分氧化制合成气余热回收的方法和系统，包括：

(1)将天然气和纯氧在气化炉中进行部分氧化反应，以便得到高温合成气；

(2)在气化炉内部，将燃烧火焰和所述高温合成气与水夹套进行第一次换热，以便使得所述高温合成气降温变成次高温合成气，所述水夹套中水吸热产生汽水混合物；

(3)将所述气化炉出口处的所述次高温合成气与一级冷却器进行第二次换热，以便得到一级冷却合成气和一级升温冷却水，并将所述一级升温冷却水作为所述水夹套的进水；

(4)将所述汽水混合物在汽包中进行气液分离处理，以便得到饱和蒸汽和饱和液态水；

(5)将所述一级冷却合成气与二级冷却器进行第三次换热，以便得到二级冷却合成气和二级升温冷却水，并将所述二级升温冷却水返回至所述汽包中；

(6)将所述饱和液态水与所述二级升温冷却水混合作为所述一级冷却器的进水；以及

(7)采用补水泵向所述二级冷却器供给水。

根据本发明实施例的天然气制合成气的方法不仅可以实现对合成气的冷却，而且充分利用合成气的余热产生饱和蒸汽，从而实现能源的最大化利用，同时通过采用换热的方式对合成气进行冷却处理，与传统工艺相比，取消了激冷室和水洗塔，从而显著降低设备成本的投入，另外，可以有效避免合成气与水的直接接触，从而解决了传统工艺中所得合成气水含量较高的问题。

另外，根据本发明上述实施例的天然气部分氧化制合成气余热回收的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述水夹套设置在所述气化炉的外壳上。由此，可以显著提高换热效率。

在本发明的一些实施例中，所述一级冷却器和所述二级冷却器分别独立地为蛇形盘管形状的换热器。由此，可以进一步提高换热效率。

在本发明的一些实施例中，所述蛇形盘管形状的换热器是由小管径的不锈钢管围成的，从而增大换热面积，提高换热效率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述汽水混合物的质量含汽率为0.033～0.05。由此，可以提高工艺的稳定性。

在本发明的一些实施例中，所述次高温合成气的温度为1100～1200摄氏度，所述一级冷却合成气的温度为500～600摄氏度，所述二级冷却合成气的温度为40～60摄氏度。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种天然气部分氧化制合成气余热回收的系统，包括：

气化炉，所述气化炉具有反应气入口和次高温合成气出口，且用于使天然气和纯氧发生部分氧化反应，以便得到高温合成气；