專利名稱：碳銨生產變換反應熱超值利用工藝的制作方法
技術領域：
本發明是關于化肥碳酸氫銨生產工藝，特別是生產過程中CO混合氣的變換系統的反應熱超值利用工藝。
背景技術：
碳酸氫銨整個生產工藝中用到大量的熱量，變換系統就需要大量的熱能，用來供給變換系統水蒸汽和保持變換溫度。變換系統的作用是將前一系統的半水煤氣或其他的CO混合氣經觸媒變換成為CO2和H2供下一系統用。現有的變換系統工作方式是由造氣系統送來的經過適當加壓的CO混合氣進入飽和塔，在飽和塔中噴入經加熱的水及水蒸汽而成為混合氣，然后，通過輸送管道送到變換爐，在進入變換爐前，另通過鍋爐向輸送管道中加入水蒸氣，在整個系統初次開車運行時，有輔助加熱裝置對飽和蒸汽的CO混合氣進行加熱，又用熱交換裝置利用變換反應熱對飽和的混合氣進行加熱后，進入變換爐一段，經過三段左右的變換而成為以H2、CO2為主的變換氣，變換氣再通過幾級熱交換裝置降溫后送至下系統，熱交換中的熱水即噴入飽和塔中，系統中的水為軟化水。在變換過程中，需另由鍋爐供水蒸汽，一是提供變換所需的水蒸氣，二是提高進入變換爐內的混合氣體溫度。為保持變換溫度和利用變換熱，在變換爐每一段變換后，均通過管道將混合氣引出變換爐，以熱交換方式給進入變換爐的混合氣升溫，使經變換后的混合氣降溫，直至經三次變換后，仍用變換后的變換氣給水加熱。這種變換系統的工作方式要另用鍋爐，雖經多次熱交換，利用了變換反應熱，但因其流程長、過于冗雜不簡的工藝影響了效率，熱能損失大。
發明內容
本發明的目的在于提供反應熱超值利用的碳銨生產變換反應熱超值應用工藝。
本發明的技術方案是由預熱水塔和熱交換裝置、變換爐構成變換系統，變換爐有二段以上觸媒層，其預熱水塔內的熱水與來自熱交換裝置的變換氣進行熱能交換，熱水增加了熱量又與產汽熱交換裝置交換熱能，進一步加熱的熱水終于產汽，從產汽熱交換裝置出來的汽，再由汽進入變換爐中的觸媒層，汽與混合氣同時依次進入觸媒層各段進行變換反應，余水可以因雜質情況排出產汽熱交換裝置。產汽熱交換裝置有位于下方的水道或稱水容腔，和位于上方的汽道，水道和汽道之間有連接管，水道有一個排水口，排水口可以排污。
由于變換反應過程是放熱反應，經每一級變換后的混合氣體或變換氣均要適當降溫，而第一級觸媒層要保持一定的變換溫度，因此，進入變換爐第一級觸媒層前的半水煤氣等CO混合氣、軟化水要升溫，熱交換時從中吸收熱量；出第一級觸媒層后的混合氣或變換氣要降溫，熱交換時是放出熱能。第一級觸媒層是指首次通過混合氣進行變換的那一段觸媒層。
經測算，變換反應熱完全可以滿足第一級觸媒層的需要和軟化水汽化的需要，本發明將流程盡量縮短，可以減少熱能損失；用了產汽熱交換裝置而簡化了流程，用于熱水吸收變換反應熱，而進一步提高熱水的溫度，從而汽化；又利用變換反應特點的觸媒層上升溫而產生溫度差的實情，減少觸媒層分段分級過多而帶來的不利于熱利用，這三個方面利用好了，則實際利用熱能超過書本上記錄的反應熱。這樣的試驗是一九九三年在湖北省谷城縣化肥廠的生產不正常波動條件下，長達近一年的時間中做出來的，試驗的條件中突出的工藝條件是半水煤氣氧含量在0.4％至1.0％，氧的含量增高主要反應就是觸媒層溫度差增大，觸媒層溫度差的增大就類似觸媒層分段或稱分級過少的表現，其他的試驗條件就主要表現在縮短流程和簡化流程上，其中，含有汽逢高溫的CO混合氣相混而不產水滴；熱水加熱而再加熱利于熱量回收，熱水加熱后而讓其產生飽和汽的熱回收則不利于熱回收；熱交換裝置分多級的熱點與冷點溫度差增大而利于熱回收。變換反應特點中的觸媒層溫度差可以用于較低溫度在觸媒層上升為較高溫度。
半水煤氣等CO混合氣的雜質可以用活性碳等等除去，而預熱水塔用于水的初加熱和回收變換氣中的水，方案中的產汽熱交換裝置取代了現有技術中的產汽設備和汽過熱設備而利于熱回收，簡化了流程。
圖1為本發明的工藝流程圖，圖中標號4為內熱交換裝置和產汽熱交換裝置的變換爐剖面示意圖，圖中單線加箭頭為半水煤氣等CO混合氣和變換氣的流經管道和方向，雙線加箭頭為軟化水、水蒸汽的流經管道和方向。
圖2為本發明的產汽熱交換裝置之剖面示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，由預熱塔8、熱交換裝置3、變換爐4構成變換系統，變換爐4有二段以上的觸媒層5，本實施例按最常見的三段裝置，變換爐4內觸媒層5下方有內熱交換裝置6或產汽熱交換裝置7，本實施例最下一段觸媒層5下方為產汽熱交換裝置7，上兩段觸媒層5的下方為內熱交換裝置6，來自前一系統的CO混合氣進入變換爐4中的內熱交換裝置6中進行熱交換，再依次進入觸媒層5內進行變換，每段變換后在內熱交換裝置6中與進入變換爐4的混合氣進行熱交換，在產汽熱交換裝置7中與進入變換爐4的軟化水進行熱交換，在最后一段變換后成為以CO、H2為主的變換氣，出變換爐4而再進入熱交換裝置3中，與來自預熱水塔8的軟化熱水進行熱交換后又進入預熱水塔8中，再與來自軟水系統的軟水進行熱交換，并回收變換氣中的冷凝水，出預熱水塔8后可以再經輔助換熱設備進一步降溫到規定溫度后到下一系統，進入預熱水塔8中的軟化水，由水泵抽送入熱交換裝置3中與變換爐4中出來的變換氣進行熱交換，再進入變換爐4中的產汽熱交換裝置7中進行熱交換，生成的汽從產汽熱交換裝置出來而進入變換爐4中的觸媒層與CO混合氣同時進行各段變換，余水排出產汽熱交換裝置7，本實施例中，可以由產汽熱交換裝置7產生的汽與較高溫度的CO混合氣混合進入觸媒層5，而進行變換，只要保持生產所需就行，汽與較高溫度的CO混合氣混合可以不產生冷凝水，這樣就不腐蝕設備裝置。
如圖形2所示，產汽熱交換裝置7有位于下方的水道9或稱水腔9，和位于上方的汽道10，水道9和汽道10之間有連接管11，水道9有一個排水口12。進入產汽熱交換裝置7中的熱軟化水應控制水位在連接管11之中，以保證熱交換效率，水位太低，換熱面積減少，水位高至汽道10，不利于汽產和汽流通。有時，產汽熱交換裝置7還可以將多產出的水汽供其他使用。排水口12有閥門控制，可以據水中固體等雜質情況來排雜質水。汽道10可以另加閥門控制當有多余汽時而可以排出。調節產汽熱交換裝置7中的水位可以調節產出的汽溫度值，當水位高時，水的換熱面積增大，吸收熱量多，而汽的換熱面積減少小，產出的水汽溫度低，反之，水位低時，水的換熱面積減小，水汽的換熱面積增大，產出的水汽溫度就提高，這就可以使蒸汽過熱了。
產汽熱交換裝置7在圖1圖2中表現的為原理結構示意，如果安裝在變換爐4中時，可以為多排串接排列或盤旋的方式。
本發明實施例，各裝置換熱面積盡量少至能夠使用，流程盡量縮短，流程盡量簡化，變換爐4中的觸媒層5設為三段，其中，最下段觸媒層5下方為產汽熱交換裝置7，上兩段觸媒層5的下方為普通的內熱交換裝置6，進入變換爐4中的CO混合氣和水汽，依次經第二段內熱交熱裝置6加熱，通過第二段觸媒層5中的管道進入第一段內熱交換裝置6再加熱，通過第一段觸媒層5中的管道進入最上層后，從上向下的順序逐段開始進行變換。
熱交換裝置3可以有多級串連而成，提高熱點和冷點的溫度差，不否定有在某兩級熱交換裝置3之間加一套低溫變換爐系統，使用同常規。
本發明系統運行時，也可以用輔助加熱裝置和外加水汽，初次開車完畢后，就可以停用輔助加熱裝置和外加水汽。一般運行中，調節溫度也可以按常規辦法。
本發明中，預熱塔和熱水塔同樣而只是其上部沒有飽和塔，熱交換裝置與常規的水加熱器相一致，內熱交換裝置和熱交換器一致，變換爐的變換原理及主體結構、裝置與常規一致，熱水泵仍然和常規一致地使用，可采取的技術手段相同，各種技術參數均按常規要求確定，控制操作中，只是可以另測定產汽的出口汽溫而知道水汽的加入量，其余均無異于常規。
權利要求
1.一種碳銨生產變換反應熱超值利用工藝，由預熱水塔(8)和熱交換裝置(3)、變換爐(4)構成變換系統，變換爐有二段以上觸媒層(5)，其預熱水塔(8)內的熱水與來自熱交換裝置(3)中的變換氣交換熱能，本發明特征在于熱水增加了熱量，又與產汽熱交換裝置交換熱能，進一步加熱的熱水終于產汽，從產汽熱交換裝置(7)出來的汽，再由汽進入變換爐(4)中的觸媒層(5)，汽在觸媒層(5)中與CO混合氣同時依次進入觸媒層(5)的各段進行變換反應，余水可以因雜質情況排出產汽熱交換裝置(7)，內熱交換裝置(6)縮短系統流程，產汽熱交換裝置(7)簡化系統流程，軟化水經過逐步地、多次加熱或多流程長流程地逐步加熱而產汽。
2.如權利要求1的碳銨生產變換反應熱超值利用工藝的特征所述的產汽熱交換裝置(7)有位于下方的水道(9)和位于上方的汽道(10)，水道(9)和汽道(10)之間有連接管(11)，水道(9)有排水口(12)。
3.權利要求1的碳銨生產變換反應熱超值利用工藝的特征中的內熱交換裝置(6)是為了縮短流程而內置入變換爐(4)，顯然，不是必須放入變換爐(4)內部。
4.權利要求1的碳銨生產變換反應熱超值利用工藝的特征中的產汽全從熱交換裝置(3)來的熱水進一步加熱而來，產汽熱交換裝置(7)簡化了流程，最終產的汽進入觸媒層(5)進行變換反應。
5.權利要求1的碳銨生產變換反應熱超值利用工藝的特征不妨礙在熱交換裝置(3)中間串入低變爐系統，適宜純中溫變換爐系統、純低溫變換爐系統、純高溫變換爐、混合中低溫變換爐系統、混合中高溫變換爐系統、混合高低溫變換系統、混合高中低溫變換系統。
6.權利要求1的碳銨生產變換反應熱超值利用工藝的特征中熱交換裝置(3)可以具有類多級或多級，因而，介質水或氣體混合物變換氣的熱點和冷點的溫度差增大。
7.權利要求1的碳銨生產變換反應熱超值利用工藝的特征中的產汽熱交換裝置(7)是既可以放入變換爐內部，又可以放入變換爐外部。
全文摘要
本發明是關于化肥碳酸氫銨生產的工藝，特別是其生產過程中的半水煤氣等一氧化碳混合氣的變換系統的節能降耗工藝。碳酸氫銨整個生產工藝中用到大量的熱能，變換系統就需要大量的熱能，用來供給變換系統水蒸汽和保持變換溫度。變換系統的作用是將前一系統的半水煤氣等一氧化碳混合氣經觸媒變換成為CO
文檔編號C05C3/00GK1730444SQ20051001898
公開日2006年2月8日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者陶維君 申請人:陶維君