Блок теплообменной аппаратуры конвертора метана Советский патент 1982 года по МПК B01J19/00 

1

Изобретение относится к технологии производства аммиака и метанЬла путем паровой конверсии природного газа (метана).

Данные процессы осуществляют в блоке теплообменной аппаратуры (БТА) конвертора метана.

Известны блоки теплообменной аппаратуры конвертора метана, содержащие футерованный огнеупорным кирпичом газоход, в котором последовательно по ходу газообразного теплоносителя установлены подогреватель парогазовой смеси, парогенерирующие поверхности нагрева и подогреватель воды 1.

В данном устройстве в качестве теплоносителя служат дымовые газы, получаемые при сжигании природного газа. : Это приводит к большому удельному расходу природного газа на конечный продукт. Кроме того, вследствие низкой теплоотдачи со стороны теплоносителя расходуется большое количество дорогостоящей спе цстали.

Указанные недостатки устранены в БТА, использующих тепло .каких-либо технологических процессов, например конвертированных газов, или ядерных реакций. Тепло передается от высокотемпературного парового теплоносителя что резко интенсифицирует теплопередачу и, кроме того, снижает удельные расходы природного газа.

Известен блок теплообменной аппа10ратуры конвертора метана, содержащий вертикальный цилиндрический силовой корпус с патрубками для отвода и подвода газообразного теплоносителя, последний из которых подсоединен к ниж5 ней части обечайки, установленной в корпусе с образованием кольцевого зазора, и размещенные внутри обечайки подогреватель парогазовой смеси и парогенерирующие поверхности нагрева,

20 над которыми установлен подогреватель воды 2.

В известном устройстве горячий теплоноситель проходит через теплообменные поверхности и охлажденный по коль цевому зазору поступает в газодувку или на выход. Во всех Теплообменных поверхностях в том числе и подогревателя воды, организуется противоточное движение сред Это приводит к повышению температурного напора и, следовательно, к снижению металлоемкости. Однако для организации противотомного движения воды последнюю в данной конструкции приходится подавать сверху вниз, что значительно снижает надежность устройства вследствие возникновения гидравлической и температурной развертки по трубам подогревателя и гидравлических ударов из-за частичного парообразования. Парогенерирующие поверхности при этом могут работать только в так называемом прямоточном режиме, который ме-20 нее надежен, чем режимы с естественной или принудительной циркуляцией, но требует более высокого качества исходной воды и исключает возможность регулирования температуры теплоносителя на выходе из БТА путем изменения расхода воды, так как при этом изменяются параметры генерируемого пара. При выполнении подогревателя воды с подводом последней снизу вверх исключаются перечисленные недостатки. При этом увеличивается теплообменная поверхность подогревателя воды вследствие малого температурного напора между теплоносителем и водой на выходе из него. Это обусловлено тем, что вода в подогревателе нагревается до температуры, равной или близкой температуре кипения, которая для давления 100-1 45-кгс/см составляет 309 . При таких условиях охладить теплоноситель ниже указанных температур невозможно, поэтому в горячем участке контура тепло недоиспользуется и, кро ме того, здесь по технологии требуется более низкотемпературный теплоноситель. Кроме того, подача недостаточ но охлажденного теплоносителя в газодувку снижает ее напор и прочностные характеристики. Таким образом, известное устройство недостаточно надежно и экономично. В предлагаемом устройстве обечайка снабжена крышкой, к которой подсоединены Газоходы, сообщающиеся верхними открытыми концами с верхней частью дополнительной обечайки, в которой размещен подогреватель воды, а между корпусом и дополнительной обечайкой установлена поперечная кольцевая перегородка . Газоходы расположены в кольцевом зазоре с двух противоположных сторон дополнительной обечайки. Кроме того, верхние концы газоходов загнуты вниз. На чертеже изображен продольный разрез устройства, Блок теплообменной аппаратуры конвертора метана содержит вертикальный цилиндрический силовой корпус 1 с патрубками 2 и 3 соответственно для отвода и подвода газообразного теплоносителя. Патрубок 3 для подвода теплоносителя подсоединен к нижней части камеры k, установленной в корпусе 1 с образованием кольцевого зазора 5Внутри камеры k размещены последовательно по ходу теплоносителя подогреватель парогазовой смеси 6 и парогенерирующие поверхности нагрева 7, над которыми в дополнительной обенайке 8 установлен подогреватель воды 9- Камера k снабжена крышкой 10, к которой подсоединены газоходы 11, сообщающиеся верхними открытыми концами 12с верхней частью дополнительной обемайки 8. В кольцевом зазоре 5 между корпусом 1 и дополнительной обечайкой 8 установлена поперечная кольцевая перегородка 13. Газоходы 11 расположены в кольцевом зазоре 5 с двух противоположных сторон дополнительной обечайки В и их верхние концы 12 могут быть загнуты вниз. В нижней части корпуса 1 размещена газодувка Т, нагнетательные окна 15 которой подсоединены к патрубку 2 для отвода теплоносителя. Подогреватель парогазовой смеси 6, парогенерирующие поверхности нагрева 7 и подогреватель воды 9 могут быть выполнены из трубчатых змеевиков, подключенных соответственно к входным коллекторам 19, 20 и 21. Корпус 1 изнутри, а камеры t снаружи покрыты теплоизоляцией 22. Корпус 1 снабжен лазами 23 и фланцевым разъемом 2k. Блок теплообменной аппаратуры конвертора метана работает следующим образом. Высокотемпературный газообразный теплоноситель по патрубку 3 поступает в камеру А, последовательно снизу вверх проходит через подогреватель парогазовой смеси, Парогенерирующие поверхности нагрева 7 и далее по газоходам 11 поступает в верхнюю часть дополнительной обечайки 8 проходит через подогреватель воды 9, выходит в пространство между дополнительной обечайкой 8 и камерой k над крышкой 10, откуда поступает в кольцевой зазор 5, по которому направляется в газодувку . Газодувкой Н теплоноситель через нагнетательные окна 15 и патрубок 2 для отвода выводится из блока. Пере- току теплоносителя из верхней части корпуса 1 нижнюю, минуя подогреватель воды 9, препятствует перегородка 13. Вода из подогревателя 9 поступает в барабан-сепаратор (на чертеже не показан) , откуда - в парогенерирующие поверхности нагрева 7- В парогенерирующих поверхностях нагрева 7 происходит парообразование и нагрев отсепарированного от воды пара. Перегретый пар смешивается с природным газом и в виде смеси поступает в подогреватель 6, откуда направляется в конвертор метана. Регулировка температуры теплоносителя перед газодувкой Ц может осуществляться расходом воды через подогреватель 9. Часть воды байпасируется мимо подогревателя 9. при этом уменьшается температура воды на выходе или увеличивается длина теплообменных труб подогревателя 9, где температура воды соответствует температуре насыщения. При этом происходит изменение темпе.ратурного напора и изменяется количество теплаj переданное теплоносителем воде. Таким образом, в данном устройстве на наиболее холодном участке теплоносителя обеспечивается противоточное движение, что позволяет максимально использовать температурный потенциал теплоносителя, снизить до оптимальных пределов его температуру перед газодувкой lA и в кольцевом зазоре 5, а также позволяет осуществлять регулирование этой температуры. Это приводит к повышению экономичнорти вследствие уменьшения поверхнбс ти подогревателя воды 9, работы газодувки k в оптимальном режиме, максимального использования температурного потенциала теплоносителя и к повышению надежности вследствие уменьшения перегрева газодувки И и стенок корпуса 1. Технико-экономический эффект от внедрения блока теплообменной аппаратуры конвертора метана мощностью 13бОт/сутаммиака за счет экономии природного газа и спецстали ориентировочно составит 285 тыс. руб. в год. Формула изобретения 1.Блок теплообменной аппаратуры конвертора метана, содержащий вертикальный цилиндрический силовой корпус с патрубками для отвода и подвода газообразного теплоносителя, внутри которого соосно размещены камера с установленными внутри нее последовательно по высоте подогревателем парогазовой смеси и парогенератором, и укрепленный над ней подогреватель воды, отличающийся тем, что, с целью -повышения эко :1омичности и надежности, блок снабжен установленной концентрично подогревателю воды обечайкой и закрепленной на ней снаружи кольцевой перегородкой, а камера - крышкой с газоходами, верхние концы которых расположены над подогревателем воды. 2.Блок по п. 1,отличающий с я тем, что газоходы расположены в кольцевом зазоре с двух проти воположных сторон дополнительной обечайки. 3.Блок по пп. 1 и 2, о т л и ч аю щ и и с я тем, что верхние концы газоходов загнуты вниз. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вакк Э. Г. и др. Каталитическая конверсия углеводородов в трубчатых печах. М. , Химия, 1973, с. 29-3.. 2.Патент США № +029055, кл. 122/ /32, 1977.