[發(fā)明專利]一種用于漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的自然循環(huán)取熱方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210141237.2
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN103386280A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉家明;郭志雄;葉玉民;高麗萍;陳國柱;饒雋;張迎愷;吳德飛;戴文松;秦有福
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工集團(tuán)公司;中國石化工程建設(shè)有限公司
• 主分類號: B01J8/22
• 分類號: B01J8/22;C10G2/00;C07C1/04
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專利事務(wù)所 11218
• 代理人: 趙宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤制油、天然氣液化制油領(lǐng)域，更進(jìn)一步說，涉及一種用于漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的自然循環(huán)取熱方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

用于煤制油或天然氣制油的費托合成反應(yīng)屬于強放熱反應(yīng)，在合成油品的同時放出大量的熱。漿態(tài)床費托合成技術(shù)中的反應(yīng)器大多采用發(fā)生蒸汽的方法取出反應(yīng)熱，控制反應(yīng)溫度、維持反應(yīng)的進(jìn)行，同時有效回收反應(yīng)熱。為保證蒸汽發(fā)生系統(tǒng)能夠可靠、有效的運行，多采用泵強制循環(huán)的汽水循環(huán)方案，常規(guī)流程見附圖1。

如附圖1所示，鍋爐給水（除氧水）進(jìn)入汽包，沿下降管經(jīng)熱水循環(huán)泵加壓后，送入反應(yīng)器內(nèi)，通過受熱面吸收反應(yīng)熱，生成汽水混合物，再經(jīng)上升管返回汽包，整個汽水流動依靠熱水循環(huán)泵提供動力。

現(xiàn)有方案均為強制循環(huán)，需要設(shè)置熱水循環(huán)泵，按照循環(huán)倍率要求，循環(huán)水泵的流量為發(fā)生蒸汽量的8～15倍。隨著漿態(tài)床費托合成裝置規(guī)模的擴(kuò)大，產(chǎn)汽量也越來越大，單臺反應(yīng)器的產(chǎn)汽總量在500t/h以上，采用目前強制循環(huán)方案，單臺循環(huán)水泵的軸功率在2MW以上，能耗極高；此外，熱水循環(huán)泵輸送的為高溫飽和水，對泵密封要求很高，選型較為困難，泵的投資比常規(guī)泵高，維護(hù)、檢修的工作量也較多。

中國專利CN101396647A采用強制循環(huán)工藝，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上對流速、阻力要求不高，通過泵提供輸送動力，因此設(shè)計的出發(fā)點為換熱面積的計算，取熱元件采用1分3的正三角形布置。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的自然循環(huán)取熱方法。可以不需設(shè)置循環(huán)泵，實現(xiàn)自然循環(huán)，大大降低裝置能耗，簡化操作。

本發(fā)明的目的之一是提供一種用于漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的自然循環(huán)取熱方法。

包括：

汽水在循環(huán)取熱系統(tǒng)中不需泵動力，自然循環(huán)，回收漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱；所述循環(huán)取熱系統(tǒng)通過水循環(huán)核算。

所述循環(huán)取熱系統(tǒng)包括：汽包、集中上升管、集中下降管和設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)的取熱元件，所述汽包、集中下降管、集中上升管和取熱元件構(gòu)成不需循環(huán)泵的自然循環(huán)取熱系統(tǒng)；

所述汽包內(nèi)的液位高于取熱元件頂部10～20米；

所述自然循環(huán)取熱系統(tǒng)能為系統(tǒng)提供20~30倍的循環(huán)倍率；

所述取熱元件包括多組管束，每組管束含一根分支下降管、n根分支上升管，分別與上升管集箱總管、下降管集箱總管相連；所述分支上升管設(shè)置在上升管集箱總管四周；所述上升管集箱總管、下降管集箱總管為環(huán)形布置或水平直管；所述管束為管式結(jié)構(gòu)，可以為光管或翅片管。

所述分支上升管及分支下降管也可以與多個中間集箱相連后再與上升管集箱總管、下降管集箱總管相連；

所述下降管集箱總管可位于管束上部或下部；

所述取熱元件的數(shù)量可以為單個或多個，取熱元件均勻分布在整個反應(yīng)器內(nèi)，每個取熱元件分別與反應(yīng)器外的集中上升管、集中下降管中的一根或多根相連；

其中，所述的分支上升管的直徑≤140mm。

開工初期，在上升管總管底部通入2.5-6.0MPa的蒸汽，加熱除氧水并產(chǎn)生自然循環(huán)動力，保證開工初始階段的汽水自然循環(huán)。

分支上升管內(nèi)水流速≥0.4m/s，小于1.0m/s。

具體可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)自然循環(huán)：

（1）漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的反應(yīng)熱通過產(chǎn)生蒸汽方式取出，費托反應(yīng)器的器內(nèi)取熱元件根據(jù)工藝設(shè)計要求及水循環(huán)及安裝情況分為若干取熱段，各取熱段分別構(gòu)成自然循環(huán)系統(tǒng)，每個系統(tǒng)由集中下降管、器內(nèi)的取熱元件、集中上升管和汽包組成，通過器內(nèi)取熱元件下降管中水柱與上升管中的汽水混合物之間的液柱差推動回路中的水自然循環(huán)，取消循環(huán)水泵；也就是說由于上升管與下降管之間密度差的不同導(dǎo)致水及汽側(cè)的壓力不平衡，這個不平衡的壓差推動汽水流動。穩(wěn)態(tài)下，自然循環(huán)是汽水流動的自我平衡過程，其中動力為汽水密度差造成的壓差（P=△ρgh,h越高，P越大），阻力為整個循環(huán)系統(tǒng)中的管路阻力。

（2）為了使開工初始階段受熱面能夠完成預(yù)熱費托反應(yīng)器內(nèi)的介質(zhì)，使介質(zhì)達(dá)到必要的初始反應(yīng)溫度，在上升管總管底部通入2.5-6.0MPa的蒸汽，加熱除氧水并產(chǎn)生自然循環(huán)動力，實現(xiàn)開工初始階段的汽水自然循環(huán)。

（3）應(yīng)用于漿態(tài)床費脫合成裝置反應(yīng)器的自然循環(huán)取熱工藝技術(shù)，要求汽包與取熱元件之間保證存在10～20米的高差，保證自然循環(huán)的推動力。

（4）應(yīng)用于漿態(tài)床費脫合成裝置反應(yīng)器的自然循環(huán)取熱工藝技術(shù)，要求管路的布置應(yīng)能實現(xiàn)為系統(tǒng)提供20到30倍以上的循環(huán)倍率。