一种合成氨变换系统及变换工艺的制作方法

本发明属于合成氨，特别是涉及一种合成氨变换系统及变换工艺。

背景技术：

1、变换工序是合成氨生产中不可或缺的核心工艺单元，其主要功能是将气化装置送来粗煤气中的一氧化碳与水蒸气，在催化剂催化条件下发生co变换反应，制取合成氨生产所需的氢气；同时回收工艺气携带的大量反应余热副产不同等级蒸汽，并脱除工艺气中夹带的微量氨，为后续工段提供合格工艺原料气。

2、在现有合成氨变换工艺技术中，气化产出的粗煤气依次经过变换反应、余热回收、洗氨处理后送入下游工序。传统变换系统普遍存在系统阻力偏高的问题，整套变换流程总压降通常达到0.5mpa 以上，较大的系统压降会直接增加上游气化单元的动力消耗，造成装置整体能耗上升。

3、与此同时，传统变换流程的余热回收配置方案不够合理，热量梯级利用水平不足。变换反应属于强放热反应，工艺气含有大量高品位热能，但现有工艺往往未能按照能量品质实现逐级回收，大量热量用于产出低品位低压蒸汽，高价值中压、高压蒸汽产出占比偏低，能量利用效率较差，造成了热能的浪费。

4、随着煤化工行业节能降碳要求不断提高，合成氨装置对变换系统提出更低压降、更高能量回收效率的需求。现有传统变换工艺难以同时兼顾低运行阻力与高品位余热回收，因此，亟需开发一种能够降低系统压降、优化热量分配、提升高品位蒸汽产量的新型变换系统及工艺。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种合成氨变换系统及变换工艺。

2、本发明的一种合成氨变换系统的技术方案：

3、一种合成氨变换系统，包括前置蒸汽发生器、第一气液分离器、原料气预热器、粗煤气过滤器、第一变换炉、蒸汽过热器、混合器、中压蒸汽发生器、第二变换炉、中压锅炉给水预热器、高压锅炉给水预热器、第二气液分离器、低压蒸汽发生器、第三气液分离器、脱盐水预热器、水冷器以及洗氨塔；粗煤气进口管路对接所述前置蒸汽发生器的工艺气入口，前置蒸汽发生器工艺气出口连接第一气液分离器气相进口，第一气液分离器顶部气相出口接入原料气预热器冷侧入口，原料气预热器冷侧出口连通粗煤气过滤器进气口，粗煤气过滤器气相出口接第一变换炉原料气入口；所述第一变换炉变换气出口设置两路分支管线，第一路分支管线连接蒸汽过热器工艺气入口，第二路分支管线接原料气预热器热侧入口；蒸汽过热器工艺气出口接入混合器下部进气管，原料气预热器热侧变换气出口接入混合器左端开口；混合器气体出口连接中压蒸汽发生器变换气入口，中压蒸汽发生器蒸汽出口管线接蒸汽过热器蒸汽侧入口。

4、进一步的，所述中压蒸汽发生器变换气出口管路连接第二变换炉进气口，第二变换炉变换气出口分两路并联管线，一路接入中压锅炉给水预热器工艺气入口，另一路接入高压锅炉给水预热器工艺气入口；中压锅炉给水预热器、高压锅炉给水预热器的工艺气出口均连接第二气液分离器进气口；所述第二气液分离器气相出口连接低压蒸汽发生器工艺气入口，低压蒸汽发生器变换气出口接第三气液分离器进气口，第三气液分离器顶部气相出口接入脱盐水预热器热侧入口，脱盐水预热器热侧出口接水冷器工艺气进口，水冷器工艺气出口连通洗氨塔下部进气口，洗氨塔塔顶设置净化气出口管线；所述中压锅炉给水预热器给水侧通入中压锅炉给水、次中压锅炉给水；中压锅炉给水预热器输出的中压锅炉给水送入中压蒸汽发生器，输出的次中压锅炉给水分两路分别送至第二变换炉、前置蒸汽发生器；高压锅炉给水预热器外接高压锅炉给水输入管线。

5、进一步的，所述混合器包括筒状外壳，外壳由左至右依次为小径段、左锥形段、大径段、右锥形段；小径段左端开口，小径段中心设置穿孔，穿孔包括左大孔段、缩径段、右大孔段；外壳下侧设置与缩径段连通的进气管。

6、进一步的，所述混合器内部设置混合组件，混合组件包括左锥形罩、转筒、右锥形罩；左锥形罩、右锥形罩通过固定杆固定在大径段内壁；转筒两端通过密封轴承分别与左锥形罩、右锥形罩连接；左锥形罩与左锥形段、转筒与大径段、右锥形罩与右锥形段之间分别形成环形通道；转筒外壁固定有多圈混合板。

7、进一步的，所述混合组件中心穿设中心轴，中心轴两端通过密封轴承分别支承于左锥形罩、右锥形罩；中心轴左端伸入缩径段，端部固定轴流叶轮；转筒内壁固定环形板，环形板内侧设有齿圈；中心轴上固定主动齿轮；右锥形罩内壁设置连接板，连接板上通过轴承安装转动杆，转动杆一端设置与齿圈相啮合的直齿轮，转动杆另一端设置从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相互啮合构成齿轮传动机构。

8、进一步的，所述第二变换炉为等温变换炉，炉体设置锅炉水进出管线，用于副产2.5mpa 饱和蒸汽；述第一气液分离器、第二气液分离器、第三气液分离器底部分别设置凝液排出管线。所述原料气预热器、中压锅炉给水预热器为双管程换热器；中压蒸汽发生器采用插花式或喷泉式设计；所述粗煤气过滤器、第一变换炉、第二变换炉采用轴向结构或者轴径向结构。

9、本发明的一种合成氨变换工艺的技术方案：

10、一种合成氨变换系统的变换工艺，包括如下步骤：

11、s1、气化粗煤气进入前置蒸汽发生器副产 2.5mpa 饱和蒸汽，粗煤气经第一气液分离器脱除凝液后送入原料气预热器加热，再经粗煤气过滤器脱除粉尘与催化剂有毒组分，进入第一变换炉发生 co 变换反应；

12、s2、第一变换炉出口变换气分为两股，一股进入蒸汽过热器过热 4.0mpa 饱和蒸汽，另一股进入原料气预热器作为热源；两股变换气送入混合器，依靠气流射流驱动轴流叶轮，通过齿轮传动带动转筒旋转，完成两股变换气剪切、湍流均质混合；

13、s3、混合后的变换气进入中压蒸汽发生器副产 4.0mpa 饱和蒸汽，降温后进入第二变换炉继续变换反应，利用次中压锅炉水移走反应热副产 2.5mpa 饱和蒸汽；

14、s4、第二变换炉出口变换气分为两路，分别进入中压锅炉给水预热器、高压锅炉给水预热器预热各级锅炉给水；换热后变换气进入第二气液分离器进行气液分离；

15、s5、变换气依次经过低压蒸汽发生器副产0.5mpa 饱和蒸汽、第三气液分离器脱除凝液、脱盐水预热器回收余热、水冷器冷却至常温；冷却工艺气送入洗氨塔脱除微量氨，得到合格工艺气送往下游工段。

16、本发明提供了一种合成氨变换系统及变换工艺，相比于现有技术，其有益效果在于：

17、本发明将前置蒸汽发生器设置在变换反应之前，直接回收气化粗煤气高位显热，副产 2.5mpa 高品位蒸汽，提升高等级蒸汽产量，减少低品质蒸汽生成，充分挖掘粗煤气的热能价值，优化蒸汽产出结构。系统采用梯级余热回收思路，分级设置多台产汽设备与给水预热器，按能量品位逐级回收热量，副产 4.0mpa、2.5mpa、0.5mpa 多级蒸汽，锅炉给水分级预热利用，热量匹配合理，显著提高整体热能回收利用率。

18、在两股变换气汇合位置增设射流驱动式动力混合器，依靠工艺气自身能量驱动叶轮与转筒运转，无需额外动力。能够消除两股气流温度、组分偏差，避免气流偏流，稳定后续设备工况，保护变换催化剂，延长催化剂使用寿命。中压蒸汽发生器采用插花式或喷泉式设计，能降低泄露风险，提升系统运行周期。流程设置三级气液分离器，搭配粗煤气过滤器，依次脱除凝液、粉尘及催化剂有毒组分，避免液体、杂质损害催化剂与换热设备。末端设置洗氨塔脱除微量氨，防止铵盐结晶堵塞，保障下游工段进料品质。

19、此外原料气预热器、中压锅炉给水预热器采用双管程换热器，外粗煤气过滤器、第一变换炉、第二变换炉这些高阻力的设备采用轴向结构或者轴径向结构，这些设计都有效降低了系统的内阻，相对于传统系统，系统总压降减少0.1mpa以上。