专利名称：一种焦炉气转化炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化工过程设备，特别是涉及一种既可满足焦炉气非催化部 分氧化工艺运行要求，又可满足焦炉气催化部分氧化工艺运行要求的焦炉气转化炉。
背景技术：
焦炉气转化炉是焦炉气为原料生产合成氨或生产合成甲醇等化工装置中的 关键设备之一。目前，利用焦炉气部分氧化制合成气的方法分为催化部分氧化 法和非催化部分氧化法，因此目前采用的焦炉气转化炉大都按照焦炉气催化部按照焦炉气催化部分氧化工艺运行要求，设计专用的焦炉气转化炉，由于 工艺过程中焦炉气转化炉内要装填镍系转化催化剂，后工序中合成甲醇的合成 塔中需装填铜系合成曱醇催化剂，而焦炉气中的辟u化物等是催化剂的主要毒物， 对催化转化催化剂和甲醇合成催化剂均有毒害，会引起所用的催化剂中毒失活， 直接影响全系统正常运行。所以要求对原料焦炉气进行严格脱硫(通常要求焦炉气中所含有才;u克化物和无才;u危化物的总量应当《O.lppm)。但是，焦炉气中含 有很多较难脱除的有机硫，特别是含嚷酚较多，加之焦炉气中含有较多co、co2、 烯烃和氢气，不能采用通常的钴-钼加氢催化剂来将漆酚等有机硫彻底加氬转化 为易脱除的无机硫H2S (因为会发生CO、 C02、烯烃加氬的强放热反应)。致使 采用焦炉气催化部分氧化工艺时，采用了十分复杂的脱硫工艺，但是脱硫效果 仍不令人满意。另外，在焦炉气催化部分氧化转化炉内催化剂层的上部是供焦炉气进行部分氧化燃烧反应的空间，炉顶烧嘴的设计和加工制造、运行中系统 负荷强度的波动、自动控制系统运行中的波动、操作控制水平的高低等，都会 影响炉顶烧嘴火焰长度的变化及炉顶空间温度和热流的均匀分布，只要火焰前 峰或过热的气流接触到炉内的转化催化剂，很短时间(一般只要几分钟时间) 就会使转化催化剂熔融、烧结块，使系统无法正常运行，严重时会导至发生严 重事故。己投入运行的采用焦炉气催化部分氧化工艺的工厂的焦炉气催化部分 氧化转化炉都发生过类似事故。非催化部分氧化法工艺流程短(高温时，气体在炉内实际停留约0.6秒即可 完成反应)、转化炉体积较小且结构简单、对原料气适应性好(可采用从天然气、 炼厂气、焦炉气、轻油、重油、渣油到沥青、水煤浆等)，对入炉原料焦炉气中 杂质和毒物的要求较宽松，而且可以在约30分钟内不需冷却反应器便可以改换 为另一种原料气，有利于提高反应压力而达到节能效果，而且在非催化高温燃 烧反应中焦炉气中含有的嚷酚等有^U克化物均转变为很容易脱除的无机硫H2S (出炉的转化气降温后，用常规脱硫方法即可以确保达到总硫《0.1ppm水平的 严格要求)；因为炉内没有装催化剂，也不用担心炉顶火焰长度变化、热流分布 和温度分布变化导致催化剂被损坏的事故。显然焦炉气非催化部分氧化工艺拥 有一系列优点，但是采用较高压力进行焦炉气高温非催化部分氧化制合成气， 对设备结构、材质和操作控制方面增加了困难。目前国内尚没有采用焦炉气非
催化部分氧化工艺技术制合成曱醇合成气实.际运行的实例。 实用新型内容本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种既可满足焦炉气非 催化部分氧化工艺运4亍要求，又可满足焦炉气催化部分氧化工艺运行要求，并 且结构简单、运行稳定、成本较低、能提高合成甲醇转化率、节省能耗的焦炉 气转化炉。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下本实用新型提出的焦炉气转化炉，其结构包括氧气入口、焦炉气入口、位 于炉顶的烧嘴、炉体、位于炉底的分布拱，以及转化气出口。所述炉体外壳由 外向里包括壳体和耐火层，所述壳体采用金属材质，所述耐火层具有绝热、耐 火的功能。炉腔由上到下分为回流区、火焰燃烧区、射流区和管流区；所述回 流区对维持火焰稳定有明显作用；在所述射流区内，沿炉腔径向截面的气流方 向和速度分布、温度分布、热流分布和气体的组成分布都不均匀；在所述管流 区内，沿炉腔径向截面的气流方向及分布、.热流分布、温度分布、气体的组成 等均较均匀和规则。射流区高度h与炉体内径4)之间的比例为1.8~2.4/1，其中 优选2.0~2.2/1;炉体内径(J)与管流区高度h,之间的比例为0.9 1.5/1，其中优选 1.0-1.3/1;炉腔总高度H与炉体内径4)之间的比例为2.7 3.9/1，其中优选 3.0~3.3/1。可以在所述管流区装填或不装填部分氧化催化剂。当在管流区不装填焦炉 气部分氧化催化剂时，可以满足焦炉气非催化部分氧化工艺运行的要求；必要
的时候，可以在所述焦炉气转化炉的管流区装填焦炉气部分氧化催化剂，这样 就可以改变为按焦炉气催化部分氧化工艺技术条件运行。所述焦炉气转化炉可 以适应"非催化"和"催化"两个条件运转，消除了采用非催化工艺时的风险。 按催化部分氧化工艺运行时，部分氧化催化剂装填在温度较低且较均勻、气流分布较均匀、热流分布较均匀的管流区，管流区的温度范围是1000°C~1250°C， 可以避免发生现有己建的焦炉气催化部分氧化工艺的转化炉和转化催化剂经常 被烧坏的事故。所述焦炉气转化炉可以适用于纯氧或富氧空气条件运行，即适 用于制合成曱醇合成气或制合成氨的合成气的要求。所述位于炉顶的烧嘴可以采用多层套管式结构，或采用带环形切向进气的 中心管结构等。所迷转化气出口处可以设置有换热降温的辅助锅炉，或采用喷 水激冷转化气等。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是既可按非催化部分氧化工艺 运行，推动实现焦炉气非催化部分氧化工艺，又可按催化部分氧化工艺运行， 消除了采用非催化部分氧化工艺的风险；并且本实用新型结构简单、运行稳定， 节省投资约8%~10%，合成气的组成中氢与CO、 C02的比值将从采用催化工 艺时的约2.67降为采用非催化工艺的约2.1 (理论上最佳比值应为2~2.05),不 但能提高合成甲醇转化率、节省能耗，而且能节省原料焦炉气消耗、降低废气 排放量。
图1是焦炉气转化炉的结构图。
图2是焦炉气转化炉中的部分氧化催化剂填充方式示意图。 图3是焦炉气转化炉内的气流区域示意图。 图中标号如下1烧嘴2耐火层3壳体4分布拱5氧气入o6焦炉气入口7转化气出口8回流区9火焰燃烧区10射流区11管流区12耐热层13耐热催化剂14转化催化剂具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。 实施例一如图1、图2、图3所示。制得焦炉气转化炉，该焦炉气转化炉的结构包括 氧气入口 5、焦炉气入口 6、位于炉顶的烧嘴1、炉体、位于炉底的分布换4， 以及转化气出口 7。所述烧嘴1采用多层套管式结构，所述转化气出口 7处设置 有换热降温的辅助锅炉。炉体外壳由外向里包括金属壳体3和耐火层2。所述炉 腔由上到下分为回流区8、火焰燃烧区9、射流区IO和管流区11。射流区高度 h与炉体内径4)之间的比例为2.4/1,炉体内径4)与管流区高度h!之间的比例为 1.5/1，炉腔总高度H与炉体内径4)之间的比例为3.9/1。所述焦炉气转化炉的管(TC，其中装填有部分氧化催化剂，部分氧化催化剂包括耐 热催化剂13和转化催化剂14，它们位于炉腔中的管流区11耐热层12的下方。 实施例二如图1、图3所示。制得焦炉气转化炉，该焦炉气转化炉的结构包括氧气入 口 5、焦炉气入口 6、位于炉顶的烧嘴1、炉体、位于炉底的分布拱4，以及转 化气出口 7。所述烧嘴1采用带环形切向进气的中心管结构，所述转化气出口 7 处采用喷水激冷转化气。炉体外壳由外向里包括金属壳体3和耐火层2。所述炉 腔由上到下分为回流区8、火焰燃烧区9、射流区IO和管流区11。射流区高度 h与炉体内径4)之间的比例为1.8/1,炉体内径》与管流区高度h，之间的比例为 0.9/1，炉腔总高度H与炉体内径4)之间的比例为2.7/1。所述焦炉气转化炉的管 流区11中不装填部分氧化催化剂。实施例三如图1、图2、图3所示。与实施例一相同的地方不再重复叙述，不同之处 在于射流区高度h与炉体内径4)之间的比例为2.2/1，炉体内径d)与管流区高 度h!之间的比例为1.3/1,炉腔总高度H与炉体内径4)之间的比例为3.3/1。所 述焦炉气转化炉的管流区11的温度为125(TC。实施例四如图1、图3所示。与实施例二相同的地方不再重复叙述，不同之处在于 射流区高度h与炉体内径4>之间的比例为2.0/1 ，炉体内径小与管流区高度h,之 间的比例为1.0/1,炉腔总高度H与炉体内径4)之间的比例为3.0/1。
权利要求1.一种焦炉气转化炉，该焦炉气转化炉的结构包括氧气入口(5)、焦炉气入口(6)、位于炉顶的烧嘴(1)、炉体、位于炉底的分布拱(4)，以及转化气出口(7)；炉体外壳由外向里包括壳体(3)和耐火层(2)；炉腔分为回流区(8)、火焰燃烧区(9)、射流区(10)和管流区(11)，其特征在于射流区高度(h)与炉体内径(φ)之间的比例为1.8～2.4/1，炉体内径(φ)与管流区高度(h1)之间的比例为0.9～1.5/1，炉腔总高度(H)与炉体内径(φ)之间的比例为2.7～3.9/1。
2. 根据权利要求1所述的焦炉气转化炉，其特征在于射流区高度(h)与炉 体内径(4> )之间的比例为2.0-2.2/1,炉体内径(4> )与管流区高度(h,) 之间的比例为1.0~1.3/1，炉腔总高度(H)与炉体内径(* )之间的比例为 3.0~3.3/1。
3. 根据权利要求1或2所述的焦炉气转化炉，其特征在于管流区(ll)装填 或不装填部分氧化催化剂。
4. 根据权利要求3所述的焦炉气转化炉，其特征在于当管流区(ll)装填部 分氧化催化剂时，部分氧化催化剂装填在温度范围是10(XTC 125(TC的管流 区(11)。
5. 根据权利要求1或2或4所述的焦炉气转化炉，其特征在于烧嘴(1)采 用多层套管式结构，或采用带环形切向进气的中心管结构。
6. 根据权利要求3所述的焦炉气转化炉，其特征在于烧嘴(l)采用多层套 管式结构，或采用带环形切向进气的中心管结构。
7. 根据权利要求1或2或4或6所述的焦炉气转化炉，其特征在于转化气出口 (7)处设置有换热降温的辅助锅炉，或采用喷水激冷转化气。
8. 根据权利要求3所述的焦炉气转化炉，其特征在于转化气出口 (7)处设 置有换热降温的辅助锅炉，或釆用喷水激冷转化气。
9. 根据权利要求5所述的焦炉气转化炉，其特征在于转化气出口 (7)处设 置有换热降温的辅助锅炉，或采用喷水激冷转化气。
专利摘要本实用新型公开了一种焦炉气转化炉。该焦炉气转化炉的结构包括氧气入口、焦炉气入口、位于炉顶的烧嘴、炉体、位于炉底的分布拱，以及转化气出口；炉体外壳由外向里包括壳体和耐火层；炉腔分为回流区、火焰燃烧区、射流区和管流区；射流区高度(h)与炉体内径(φ)之间的比例为1.8～2.4/1，炉体内径(φ)与管流区高度(h<sub>1</sub>)之间的比例为0.9～1.5/1，炉腔总高度(H)与炉体内径(φ)之间的比例为2.7～3.9/1。与现有技术相比，本实用新型既可满足焦炉气非催化部分氧化工艺运行要求，又可满足焦炉气催化部分氧化工艺运行要求，并且结构简单，运行稳定，成本较低，能提高合成甲醇转化率，节省能耗。
文档编号C10K3/00GK201040750SQ20072007956
公开日2008年3月26日 申请日期2007年5月18日 优先权日2007年5月18日
发明者冯友茵, 熊世平 申请人:熊世平;冯友茵