專利名稱：一種焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化工過程設備，特別是涉及一種既可滿足焦爐氣非催化部 分氧化工藝運行要求，又可滿足焦爐氣催化部分氧化工藝運行要求的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐。
背景技術：
焦爐氣轉(zhuǎn)化爐是焦爐氣為原料生產(chǎn)合成氨或生產(chǎn)合成甲醇等化工裝置中的 關鍵設備之一。目前，利用焦爐氣部分氧化制合成氣的方法分為催化部分氧化 法和非催化部分氧化法，因此目前采用的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐大都按照焦爐氣催化部按照焦爐氣催化部分氧化工藝運行要求，設計專用的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，由于 工藝過程中焦爐氣轉(zhuǎn)化爐內(nèi)要裝填鎳系轉(zhuǎn)化催化劑，后工序中合成甲醇的合成 塔中需裝填銅系合成曱醇催化劑，而焦爐氣中的辟u化物等是催化劑的主要毒物， 對催化轉(zhuǎn)化催化劑和甲醇合成催化劑均有毒害，會引起所用的催化劑中毒失活， 直接影響全系統(tǒng)正常運行。所以要求對原料焦爐氣進行嚴格脫硫(通常要求焦爐氣中所含有才;u克化物和無才;u危化物的總量應當《O.lppm)。但是，焦爐氣中含 有很多較難脫除的有機硫，特別是含嚷酚較多，加之焦爐氣中含有較多co、co2、 烯烴和氫氣，不能采用通常的鈷-鉬加氫催化劑來將漆酚等有機硫徹底加氬轉(zhuǎn)化 為易脫除的無機硫H2S (因為會發(fā)生CO、 C02、烯烴加氬的強放熱反應)。致使 采用焦爐氣催化部分氧化工藝時，采用了十分復雜的脫硫工藝，但是脫硫效果 仍不令人滿意。另外，在焦爐氣催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐內(nèi)催化劑層的上部是供焦爐氣進行部分氧化燃燒反應的空間，爐頂燒嘴的設計和加工制造、運行中系統(tǒng) 負荷強度的波動、自動控制系統(tǒng)運行中的波動、操作控制水平的高低等，都會 影響爐頂燒嘴火焰長度的變化及爐頂空間溫度和熱流的均勻分布，只要火焰前 峰或過熱的氣流接觸到爐內(nèi)的轉(zhuǎn)化催化劑，很短時間(一般只要幾分鐘時間) 就會使轉(zhuǎn)化催化劑熔融、燒結(jié)塊，使系統(tǒng)無法正常運行，嚴重時會導至發(fā)生嚴 重事故。己投入運行的采用焦爐氣催化部分氧化工藝的工廠的焦爐氣催化部分 氧化轉(zhuǎn)化爐都發(fā)生過類似事故。非催化部分氧化法工藝流程短(高溫時，氣體在爐內(nèi)實際停留約0.6秒即可 完成反應)、轉(zhuǎn)化爐體積較小且結(jié)構簡單、對原料氣適應性好(可采用從天然氣、 煉廠氣、焦爐氣、輕油、重油、渣油到瀝青、水煤漿等)，對入爐原料焦爐氣中 雜質(zhì)和毒物的要求較寬松，而且可以在約30分鐘內(nèi)不需冷卻反應器便可以改換 為另一種原料氣，有利于提高反應壓力而達到節(jié)能效果，而且在非催化高溫燃 燒反應中焦爐氣中含有的嚷酚等有^U克化物均轉(zhuǎn)變?yōu)楹苋菀酌摮臒o機硫H2S (出爐的轉(zhuǎn)化氣降溫后，用常規(guī)脫硫方法即可以確保達到總硫《0.1ppm水平的 嚴格要求)；因為爐內(nèi)沒有裝催化劑，也不用擔心爐頂火焰長度變化、熱流分布 和溫度分布變化導致催化劑被損壞的事故。顯然焦爐氣非催化部分氧化工藝擁 有一系列優(yōu)點，但是采用較高壓力進行焦爐氣高溫非催化部分氧化制合成氣， 對設備結(jié)構、材質(zhì)和操作控制方面增加了困難。目前國內(nèi)尚沒有采用焦爐氣非
催化部分氧化工藝技術制合成曱醇合成氣實.際運行的實例。 實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種既可滿足焦爐氣非 催化部分氧化工藝運4亍要求，又可滿足焦爐氣催化部分氧化工藝運行要求，并 且結(jié)構簡單、運行穩(wěn)定、成本較低、能提高合成甲醇轉(zhuǎn)化率、節(jié)省能耗的焦爐 氣轉(zhuǎn)化爐。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下本實用新型提出的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其結(jié)構包括氧氣入口、焦爐氣入口、位 于爐頂?shù)臒臁t體、位于爐底的分布拱，以及轉(zhuǎn)化氣出口。所述爐體外殼由 外向里包括殼體和耐火層，所述殼體采用金屬材質(zhì)，所述耐火層具有絕熱、耐 火的功能。爐腔由上到下分為回流區(qū)、火焰燃燒區(qū)、射流區(qū)和管流區(qū)；所述回 流區(qū)對維持火焰穩(wěn)定有明顯作用；在所述射流區(qū)內(nèi)，沿爐腔徑向截面的氣流方 向和速度分布、溫度分布、熱流分布和氣體的組成分布都不均勻；在所述管流 區(qū)內(nèi)，沿爐腔徑向截面的氣流方向及分布、.熱流分布、溫度分布、氣體的組成 等均較均勻和規(guī)則。射流區(qū)高度h與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為1.8~2.4/1，其中 優(yōu)選2.0~2.2/1;爐體內(nèi)徑(J)與管流區(qū)高度h,之間的比例為0.9 1.5/1，其中優(yōu)選 1.0-1.3/1;爐腔總高度H與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為2.7 3.9/1，其中優(yōu)選 3.0~3.3/1。可以在所述管流區(qū)裝填或不裝填部分氧化催化劑。當在管流區(qū)不裝填焦爐 氣部分氧化催化劑時，可以滿足焦爐氣非催化部分氧化工藝運行的要求；必要
的時候，可以在所述焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的管流區(qū)裝填焦爐氣部分氧化催化劑，這樣 就可以改變?yōu)榘唇範t氣催化部分氧化工藝技術條件運行。所述焦爐氣轉(zhuǎn)化爐可 以適應"非催化"和"催化"兩個條件運轉(zhuǎn)，消除了采用非催化工藝時的風險。 按催化部分氧化工藝運行時，部分氧化催化劑裝填在溫度較低且較均勻、氣流分布較均勻、熱流分布較均勻的管流區(qū)，管流區(qū)的溫度范圍是1000°C~1250°C， 可以避免發(fā)生現(xiàn)有己建的焦爐氣催化部分氧化工藝的轉(zhuǎn)化爐和轉(zhuǎn)化催化劑經(jīng)常 被燒壞的事故。所述焦爐氣轉(zhuǎn)化爐可以適用于純氧或富氧空氣條件運行，即適 用于制合成曱醇合成氣或制合成氨的合成氣的要求。所述位于爐頂?shù)臒炜梢圆捎枚鄬犹坠苁浇Y(jié)構，或采用帶環(huán)形切向進氣的 中心管結(jié)構等。所迷轉(zhuǎn)化氣出口處可以設置有換熱降溫的輔助鍋爐，或采用噴 水激冷轉(zhuǎn)化氣等。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是既可按非催化部分氧化工藝 運行，推動實現(xiàn)焦爐氣非催化部分氧化工藝，又可按催化部分氧化工藝運行， 消除了采用非催化部分氧化工藝的風險；并且本實用新型結(jié)構簡單、運行穩(wěn)定， 節(jié)省投資約8%~10%，合成氣的組成中氫與CO、 C02的比值將從采用催化工 藝時的約2.67降為采用非催化工藝的約2.1 (理論上最佳比值應為2~2.05),不 但能提高合成甲醇轉(zhuǎn)化率、節(jié)省能耗，而且能節(jié)省原料焦爐氣消耗、降低廢氣 排放量。


圖1是焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構圖。
圖2是焦爐氣轉(zhuǎn)化爐中的部分氧化催化劑填充方式示意圖。 圖3是焦爐氣轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的氣流區(qū)域示意圖。 圖中標號如下1燒嘴2耐火層3殼體4分布拱5氧氣入o6焦爐氣入口7轉(zhuǎn)化氣出口8回流區(qū)9火焰燃燒區(qū)10射流區(qū)11管流區(qū)12耐熱層13耐熱催化劑14轉(zhuǎn)化催化劑具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例作進一步的描述。 實施例一如圖1、圖2、圖3所示。制得焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，該焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構包括 氧氣入口 5、焦爐氣入口 6、位于爐頂?shù)臒?、爐體、位于爐底的分布換4， 以及轉(zhuǎn)化氣出口 7。所述燒嘴1采用多層套管式結(jié)構，所述轉(zhuǎn)化氣出口 7處設置 有換熱降溫的輔助鍋爐。爐體外殼由外向里包括金屬殼體3和耐火層2。所述爐 腔由上到下分為回流區(qū)8、火焰燃燒區(qū)9、射流區(qū)IO和管流區(qū)11。射流區(qū)高度 h與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為2.4/1,爐體內(nèi)徑4)與管流區(qū)高度h!之間的比例為 1.5/1，爐腔總高度H與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為3.9/1。所述焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的管(TC，其中裝填有部分氧化催化劑，部分氧化催化劑包括耐 熱催化劑13和轉(zhuǎn)化催化劑14，它們位于爐腔中的管流區(qū)11耐熱層12的下方。 實施例二如圖1、圖3所示。制得焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，該焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構包括氧氣入 口 5、焦爐氣入口 6、位于爐頂?shù)臒?、爐體、位于爐底的分布拱4，以及轉(zhuǎn) 化氣出口 7。所述燒嘴1采用帶環(huán)形切向進氣的中心管結(jié)構，所述轉(zhuǎn)化氣出口 7 處采用噴水激冷轉(zhuǎn)化氣。爐體外殼由外向里包括金屬殼體3和耐火層2。所述爐 腔由上到下分為回流區(qū)8、火焰燃燒區(qū)9、射流區(qū)IO和管流區(qū)11。射流區(qū)高度 h與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為1.8/1,爐體內(nèi)徑》與管流區(qū)高度h，之間的比例為 0.9/1，爐腔總高度H與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為2.7/1。所述焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的管 流區(qū)11中不裝填部分氧化催化劑。實施例三如圖1、圖2、圖3所示。與實施例一相同的地方不再重復敘述，不同之處 在于射流區(qū)高度h與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為2.2/1，爐體內(nèi)徑d)與管流區(qū)高 度h!之間的比例為1.3/1,爐腔總高度H與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為3.3/1。所 述焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的管流區(qū)11的溫度為125(TC。實施例四如圖1、圖3所示。與實施例二相同的地方不再重復敘述，不同之處在于 射流區(qū)高度h與爐體內(nèi)徑4>之間的比例為2.0/1 ，爐體內(nèi)徑小與管流區(qū)高度h,之 間的比例為1.0/1,爐腔總高度H與爐體內(nèi)徑4)之間的比例為3.0/1。
權利要求1.一種焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，該焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構包括氧氣入口(5)、焦爐氣入口(6)、位于爐頂?shù)臒?1)、爐體、位于爐底的分布拱(4)，以及轉(zhuǎn)化氣出口(7)；爐體外殼由外向里包括殼體(3)和耐火層(2)；爐腔分為回流區(qū)(8)、火焰燃燒區(qū)(9)、射流區(qū)(10)和管流區(qū)(11)，其特征在于射流區(qū)高度(h)與爐體內(nèi)徑(φ)之間的比例為1.8～2.4/1，爐體內(nèi)徑(φ)與管流區(qū)高度(h1)之間的比例為0.9～1.5/1，爐腔總高度(H)與爐體內(nèi)徑(φ)之間的比例為2.7～3.9/1。
2. 根據(jù)權利要求1所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于射流區(qū)高度(h)與爐 體內(nèi)徑(4> )之間的比例為2.0-2.2/1,爐體內(nèi)徑(4> )與管流區(qū)高度(h,) 之間的比例為1.0~1.3/1，爐腔總高度(H)與爐體內(nèi)徑(* )之間的比例為 3.0~3.3/1。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于管流區(qū)(ll)裝填 或不裝填部分氧化催化劑。
4. 根據(jù)權利要求3所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于當管流區(qū)(ll)裝填部 分氧化催化劑時，部分氧化催化劑裝填在溫度范圍是10(XTC 125(TC的管流 區(qū)(11)。
5. 根據(jù)權利要求1或2或4所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于燒嘴(1)采 用多層套管式結(jié)構，或采用帶環(huán)形切向進氣的中心管結(jié)構。
6. 根據(jù)權利要求3所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于燒嘴(l)采用多層套 管式結(jié)構，或采用帶環(huán)形切向進氣的中心管結(jié)構。
7. 根據(jù)權利要求1或2或4或6所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于轉(zhuǎn)化氣出口 (7)處設置有換熱降溫的輔助鍋爐，或采用噴水激冷轉(zhuǎn)化氣。
8. 根據(jù)權利要求3所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于轉(zhuǎn)化氣出口 (7)處設 置有換熱降溫的輔助鍋爐，或釆用噴水激冷轉(zhuǎn)化氣。
9. 根據(jù)權利要求5所述的焦爐氣轉(zhuǎn)化爐，其特征在于轉(zhuǎn)化氣出口 (7)處設 置有換熱降溫的輔助鍋爐，或采用噴水激冷轉(zhuǎn)化氣。
專利摘要本實用新型公開了一種焦爐氣轉(zhuǎn)化爐。該焦爐氣轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構包括氧氣入口、焦爐氣入口、位于爐頂?shù)臒?、爐體、位于爐底的分布拱，以及轉(zhuǎn)化氣出口；爐體外殼由外向里包括殼體和耐火層；爐腔分為回流區(qū)、火焰燃燒區(qū)、射流區(qū)和管流區(qū)；射流區(qū)高度(h)與爐體內(nèi)徑(φ)之間的比例為1.8～2.4/1，爐體內(nèi)徑(φ)與管流區(qū)高度(h₁)之間的比例為0.9～1.5/1，爐腔總高度(H)與爐體內(nèi)徑(φ)之間的比例為2.7～3.9/1。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型既可滿足焦爐氣非催化部分氧化工藝運行要求，又可滿足焦爐氣催化部分氧化工藝運行要求，并且結(jié)構簡單，運行穩(wěn)定，成本較低，能提高合成甲醇轉(zhuǎn)化率，節(jié)省能耗。
文檔編號C10K3/00GK201040750SQ20072007956
公開日2008年3月26日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者馮友茵, 熊世平 申請人:熊世平;馮友茵