煤制油天然气制氢烃类蒸汽转化炉设备操作规程

1、煤制油天然气制氢烃类蒸汽转化炉设备操作规程一、简介以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和氢 气，在合成氨、炼油、石油化工、冶金等工业部门具有特定 的地位。炼油厂的制氢炉、甲醇厂的制氢转化炉合成氨厂的 一段转化炉等都属于烃类蒸汽转化炉。其工作原理、操作参 数和结构设计等都大致相同。所不同的是合成氨厂因有二段 转化炉，因此其一段转化炉的转化率要低一些，残余甲烷比 制氢炉高一倍左右， 一段转化炉的残余甲烷一般是 12%-15%， 而制氢炉的仅 5%-7%。就合成氨工业而言，目前世界上应有该法生产的原料气 占其总产量的 80%以上。天然气蒸汽转化最早由德国法本公 司，英国 I.C.I 公司和美国

2、美孚公司进行研究， 1936 年英国 建立了第一套生产装置， 1959 年英国又建立了第一套石脑油 蒸汽转化装置，该技术得到了进一步的发展并日趋完善。烃 类蒸汽转化制氢的路线具有工艺流程短、投资省、能量利用 合理、自控程度高、环境污染少等优点，因此，应用极为普 为多生产化肥支持农业，我国在上世纪 70 年代引进薄8 套以天然气为原料的大型合成氨装置，建于大庆、辽河、 沧州、齐鲁二化、泸天化、赤天化、云天化； 80 年代迄今又 引进 8 套以天然气为原料的大型合成氨装置，建于濮阳、锦 西、涪陵、合江、海南、乌石化。二、烃类蒸汽转化概述1. 烃类蒸汽转化热力学1.1 化学反应主要反应：CH 4+f

3、S CO+3H206288kj / kg molCH 4+2H2SCO+4Hd85098kj / kg molCH 4+CS2CO+2H247478 kj / kg molCO+H 2» CQ+H-41190kj / kg mol析碳反应：CH4 C+2H-74898 kj / kg mol2CO C+CO+172580 kj / kg molCO+H 2 C+HO+131390 kj / kg mol对于烃类混合物（包括轻油）转化时，通过换算，用下列统 式表示：CHL + (a+b) H2OAco+bCQ + (1-a-b)CH 4+( 3a+ 4b 4 m/ 2) H21.2影响

4、平衡甲烷含量的因素根据反应式，用平衡转移的原理进行分析。温度：因为是吸热反应，温度升高，则平衡甲烷含量降 低，反之则升高。压力：因为是增分子反应，压力升高，则平衡甲烷含量 升高，反之，则降低。水碳比：水碳比增加，相当于向系统中加入水蒸气。平 衡向生成一氧化碳的方向移动，甲烷含量减少，反之，则升 高。氢碳比：原料的氢碳比增加，相当于向系统加入氢气，则平衡向生成甲烷饿方向移动，平衡甲烷含量省锆，反之，则降低三、烃类蒸汽转化流程1、凯洛格流程天然气首先被压缩至 3.6MPa,通过对流段预热至 350C 左右进入钴钼反应器和氧化脱硫槽，将硫脱至小于后与中压 蒸汽混合（水碳比为 2.7-3.5 ）,再入

5、对流段预热至 520C左 右，通过上集气管，猪尾管从辐射段顶部进入转化炉管，在 转化炉管内边反应边吸热，当离开炉管底部时温度达 820 C,甲烷含量为10%左右，压力3.1MPa,经炉底分集气管和上 升管，0.5ppm温度升至850C左右，出炉顶汇集子集气总管 再入二段炉。工艺空气压缩至 3.3-3.5MPa 并混入少量蒸汽 经对流段预热至450 C后进入二段炉，与一段炉转化气混合、 燃烧、进一步转化、出二段炉的温度达1000 C左右，甲烷含量小于 0.4 %，二段炉出来的工艺气经第一，第二废热锅炉 温度降至370 C以后进入变换炉。辐射段出来的烟气温度为1000 c左右，经对流段预热工艺混合

6、气，工艺空气，动力蒸汽，原料气锅炉给水等使温度降至240 C左右后由引风机排入大气。LG一I- O空气WPS*天然弋蒸起转化凯洛繼工艺流程IiseiwMSi =頼化怜般贏畢；J>r»Si 4辐射&( -&>(厂_段转化护*第-墮慈端炉，a豹二匮热慚护；加rtfi； *爛肋谣炉：10弾凤机,H-烟囱流程设置中的关键设备为一段转化炉，烃类蒸汽转化反应主要在此进行，为了维持正常操作，必须使转化反应和传 热相适应，在满足工艺要求的前提下，力求降低对转化炉管 的要求和节约高温合金钢的使用。就合成氨生产而言，它要 求转化后的甲烷含量越低越好，一般不大于 0.5%, 如

7、果这任 务全由一段炉来承担， 则出口温度为1000c左右，这无疑对 炉管材料的要求太苛刻了。由于制合成氨原料气时需要氮。 因而又引出了二段炉流程，一段炉反应所需的热量是通过管 壁从高温烟气中传入的，因此对炉管要求较高，因二段炉是 绝热反应，高温的或得是靠工艺气中的氢、一氧化碳和甲烷 与空气中的氧燃烧，不需传热的高合金材料，只需耐火衬里 就行了。对于制氢，就不能没二段炉，它的操作条件也不一 样，所得气体中甲烷含量也远大于 0.5%，对流段的设置，一 方面是充分利用废热，另一方面也是减少辐射段的热负荷， 以就可节省高温材料。脱硫设备的设置是由于转化催化剂的 要求。二段炉气废热锅炉的设置也是充分回收

8、能量。四、一段转化炉炉型4、 1 烃类蒸汽转化炉的要求：（ 1）烃类蒸汽转化炉的工作条件比较苛刻，使用的都是 耐高温的镍铬的合金材料，因此在炉子设计时要求合理使用 炉管及尽量降低对炉管的要求，防止局部过热，使周向和轴 向温度分布均匀。（ 2）烃类蒸汽转化是伴有传热、传质、动量传递和复杂 化学反应的综合过程，要求传热与反应必须相适应，对于并 行的复杂反应，能够控制其反应的进程。设计时所选用的炉 型、原料、催化剂和操作条件是一个整体，不能乱套，我国 两湖的气改油工程中出现的问题就是一个教训。（3）力求炉子结构简单、紧凑。（4）热能利用率高。4、 2 现目前世界上有代表性的 I.C.I 、 Tops

9、e、 kellogg 和Foster Wheeler四种炉型。现结合神华天然气装置，主要介绍Kellogg型转化炉。4、2、1、Kellogg 型转化炉引进的年产30*104t合成氨装置中的转化炉，如图:出弋智出口总曾辟卜财黑桂件平仔-MF11-6 Kd嗨一段转化炉1）转化炉结构尺寸为 13m（长）*17m （宽）*10m （高） 炉内装有378根炉管、分为9排、每排42根。每排炉管下 端与一个下集气管焊接，下集气管外面有轻质绝热材料保 温，集气管的中间又焊上一根上升管，九个上升管伸出炉顶 与集气总管连接，集气总管内衬耐火材料。这种炉管排列又 称竖琴式，增加产量，只需增加排数即可。2）催化剂管及下集气管的重量是由固定在炉顶钢架上 的 189 个弹簧支架承担，上升管和输气总管的重量由几个输 气管弹簧承担，因此，九排炉管及输气总管均处在弹簧支架 的弹性吊挂状态。这种全部采用钢性焊接的管排在操作时因 热膨胀差而产生热应力就可以大部分被这种弹簧吊挂系统 所吸收。 、3）辐射室顶部共装有 200 个自吸式烧嘴，炉底下烟道 内都设置一个辅助烧嘴，以供给对流段热量不足。4）脱硫后的工艺混合气预热至510 C由上集气管经上猪尾管通入转化炉内，气流从上向