煤制油天然氣制氫烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐設(shè)備操作規(guī)程

1、煤制油天然氣制氫烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐設(shè)備操作規(guī)程一、簡(jiǎn)介以烴類為原料，用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨原料氣和氫 氣，在合成氨、煉油、石油化工、冶金等工業(yè)部門具有特定 的地位。煉油廠的制氫爐、甲醇廠的制氫轉(zhuǎn)化爐合成氨廠的 一段轉(zhuǎn)化爐等都屬于烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐。其工作原理、操作參 數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都大致相同。所不同的是合成氨廠因有二段 轉(zhuǎn)化爐，因此其一段轉(zhuǎn)化爐的轉(zhuǎn)化率要低一些，殘余甲烷比 制氫爐高一倍左右， 一段轉(zhuǎn)化爐的殘余甲烷一般是 12%-15%， 而制氫爐的僅 5%-7%。就合成氨工業(yè)而言，目前世界上應(yīng)有該法生產(chǎn)的原料氣 占其總產(chǎn)量的 80%以上。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化最早由德國(guó)法本公 司，英國(guó) I.C.I 公司和美國(guó)

2、美孚公司進(jìn)行研究， 1936 年英國(guó) 建立了第一套生產(chǎn)裝置， 1959 年英國(guó)又建立了第一套石腦油 蒸汽轉(zhuǎn)化裝置，該技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展并日趨完善。烴 類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫的路線具有工藝流程短、投資省、能量利用 合理、自控程度高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，因此，應(yīng)用極為普 為多生產(chǎn)化肥支持農(nóng)業(yè)，我國(guó)在上世紀(jì) 70 年代引進(jìn)薄8 套以天然氣為原料的大型合成氨裝置，建于大慶、遼河、 滄州、齊魯二化、瀘天化、赤天化、云天化； 80 年代迄今又 引進(jìn) 8 套以天然氣為原料的大型合成氨裝置，建于濮陽(yáng)、錦 西、涪陵、合江、海南、烏石化。二、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化概述1. 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化熱力學(xué)1.1 化學(xué)反應(yīng)主要反應(yīng)：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析碳反應(yīng)：CH4 C+2H-74898 kj / kg mol2CO C+CO+172580 kj / kg molCO+H 2 C+HO+131390 kj / kg mol對(duì)于烴類混合物（包括輕油）轉(zhuǎn)化時(shí)，通過(guò)換算，用下列統(tǒng) 式表示：CHL + (a+b) H2OAco+bCQ + (1-a-b)CH 4+( 3a+ 4b 4 m/ 2) H21.2影響

4、平衡甲烷含量的因素根據(jù)反應(yīng)式，用平衡轉(zhuǎn)移的原理進(jìn)行分析。溫度：因?yàn)槭俏鼰岱磻?yīng)，溫度升高，則平衡甲烷含量降 低，反之則升高。壓力：因?yàn)槭窃龇肿臃磻?yīng)，壓力升高，則平衡甲烷含量 升高，反之，則降低。水碳比：水碳比增加，相當(dāng)于向系統(tǒng)中加入水蒸氣。平 衡向生成一氧化碳的方向移動(dòng)，甲烷含量減少，反之，則升 高。氫碳比：原料的氫碳比增加，相當(dāng)于向系統(tǒng)加入氫氣，則平衡向生成甲烷餓方向移動(dòng)，平衡甲烷含量省鋯，反之，則降低三、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化流程1、凱洛格流程天然氣首先被壓縮至 3.6MPa,通過(guò)對(duì)流段預(yù)熱至 350C 左右進(jìn)入鈷鉬反應(yīng)器和氧化脫硫槽，將硫脫至小于后與中壓 蒸汽混合（水碳比為 2.7-3.5 ）,再入

5、對(duì)流段預(yù)熱至 520C左 右，通過(guò)上集氣管，豬尾管從輻射段頂部進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐管，在 轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)邊反應(yīng)邊吸熱，當(dāng)離開爐管底部時(shí)溫度達(dá) 820 C,甲烷含量為10%左右，壓力3.1MPa,經(jīng)爐底分集氣管和上 升管，0.5ppm溫度升至850C左右，出爐頂匯集子集氣總管 再入二段爐。工藝空氣壓縮至 3.3-3.5MPa 并混入少量蒸汽 經(jīng)對(duì)流段預(yù)熱至450 C后進(jìn)入二段爐，與一段爐轉(zhuǎn)化氣混合、 燃燒、進(jìn)一步轉(zhuǎn)化、出二段爐的溫度達(dá)1000 C左右，甲烷含量小于 0.4 %，二段爐出來(lái)的工藝氣經(jīng)第一，第二廢熱鍋爐 溫度降至370 C以后進(jìn)入變換爐。輻射段出來(lái)的煙氣溫度為1000 c左右，經(jīng)對(duì)流段預(yù)熱工藝混合

6、氣，工藝空氣，動(dòng)力蒸汽，原料氣鍋爐給水等使溫度降至240 C左右后由引風(fēng)機(jī)排入大氣。LG一I- O空氣WPS*天然弋蒸起轉(zhuǎn)化凱洛繼工藝流程IiseiwMSi =頼化憐般贏畢；J>r»Si 4輻射&( -&>(廠_段轉(zhuǎn)化護(hù)*第-墮慈端爐，a豹二匱熱慚護(hù)；加rtfi； *爛肋謠爐：10弾鳳機(jī),H-煙囪流程設(shè)置中的關(guān)鍵設(shè)備為一段轉(zhuǎn)化爐，烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要在此進(jìn)行，為了維持正常操作，必須使轉(zhuǎn)化反應(yīng)和傳 熱相適應(yīng)，在滿足工藝要求的前提下，力求降低對(duì)轉(zhuǎn)化爐管 的要求和節(jié)約高溫合金鋼的使用。就合成氨生產(chǎn)而言，它要 求轉(zhuǎn)化后的甲烷含量越低越好，一般不大于 0.5%, 如

7、果這任 務(wù)全由一段爐來(lái)承擔(dān)， 則出口溫度為1000c左右，這無(wú)疑對(duì) 爐管材料的要求太苛刻了。由于制合成氨原料氣時(shí)需要氮。 因而又引出了二段爐流程，一段爐反應(yīng)所需的熱量是通過(guò)管 壁從高溫?zé)煔庵袀魅氲?，因此?duì)爐管要求較高，因二段爐是 絕熱反應(yīng)，高溫的或得是靠工藝氣中的氫、一氧化碳和甲烷 與空氣中的氧燃燒，不需傳熱的高合金材料，只需耐火襯里 就行了。對(duì)于制氫，就不能沒(méi)二段爐，它的操作條件也不一 樣，所得氣體中甲烷含量也遠(yuǎn)大于 0.5%，對(duì)流段的設(shè)置，一 方面是充分利用廢熱，另一方面也是減少輻射段的熱負(fù)荷， 以就可節(jié)省高溫材料。脫硫設(shè)備的設(shè)置是由于轉(zhuǎn)化催化劑的 要求。二段爐氣廢熱鍋爐的設(shè)置也是充分回收

8、能量。四、一段轉(zhuǎn)化爐爐型4、 1 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐的要求：（ 1）烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐的工作條件比較苛刻，使用的都是 耐高溫的鎳鉻的合金材料，因此在爐子設(shè)計(jì)時(shí)要求合理使用 爐管及盡量降低對(duì)爐管的要求，防止局部過(guò)熱，使周向和軸 向溫度分布均勻。（ 2）烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是伴有傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞和復(fù)雜 化學(xué)反應(yīng)的綜合過(guò)程，要求傳熱與反應(yīng)必須相適應(yīng)，對(duì)于并 行的復(fù)雜反應(yīng)，能夠控制其反應(yīng)的進(jìn)程。設(shè)計(jì)時(shí)所選用的爐 型、原料、催化劑和操作條件是一個(gè)整體，不能亂套，我國(guó) 兩湖的氣改油工程中出現(xiàn)的問(wèn)題就是一個(gè)教訓(xùn)。（3）力求爐子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。（4）熱能利用率高。4、 2 現(xiàn)目前世界上有代表性的 I.C.I 、 Tops

9、e、 kellogg 和Foster Wheeler四種爐型?，F(xiàn)結(jié)合神華天然氣裝置，主要介紹Kellogg型轉(zhuǎn)化爐。4、2、1、Kellogg 型轉(zhuǎn)化爐引進(jìn)的年產(chǎn)30*104t合成氨裝置中的轉(zhuǎn)化爐，如圖:出弋智出口總曾辟卜財(cái)黑桂件平仔-MF11-6 Kd嗨一段轉(zhuǎn)化爐1）轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)尺寸為 13m（長(zhǎng)）*17m （寬）*10m （高） 爐內(nèi)裝有378根爐管、分為9排、每排42根。每排爐管下 端與一個(gè)下集氣管焊接，下集氣管外面有輕質(zhì)絕熱材料保 溫，集氣管的中間又焊上一根上升管，九個(gè)上升管伸出爐頂 與集氣總管連接，集氣總管內(nèi)襯耐火材料。這種爐管排列又 稱豎琴式，增加產(chǎn)量，只需增加排數(shù)即可。2）催化劑管及下集氣管的重量是由固定在爐頂鋼架上 的 189 個(gè)彈簧支架承擔(dān)，上升管和輸氣總管的重量由幾個(gè)輸 氣管彈簧承擔(dān)，因此，九排爐管及輸氣總管均處在彈簧支架 的彈性吊掛狀態(tài)。這種全部采用鋼性焊接的管排在操作時(shí)因 熱膨脹差而產(chǎn)生熱應(yīng)力就可以大部分被這種彈簧吊掛系統(tǒng) 所吸收。 、3）輻射室頂部共裝有 200 個(gè)自吸式燒嘴，爐底下煙道 內(nèi)都設(shè)置一個(gè)輔助燒嘴，以供給對(duì)流段熱量不足。4）脫硫后的工藝混合氣預(yù)熱至510 C由上集氣管經(jīng)上豬尾管通入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，氣流從上向