[实用新型]一种焦炉气转化炉

说明书

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分氧化工艺运行要求或焦炉气非催化部分氧化工艺运行要求来设计的。

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甲醇催化剂，而焦炉气中的硫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机硫化物和无机硫化物的总量应当≤0.1ppm)。但是，焦炉气中含有很多较难脱除的有机硫，特别是含噻酚较多，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-钼加氢催化剂来将噻酚等有机硫彻底加氢转化为易脱除的无机硫H₂S(因为会发生CO、CO2、烯烃加氢的强放热反应)。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。已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噻酚等有机硫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甲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φ之间的比例为1.8～2.4/1，其中优选2.0～2.2/1；炉体内径φ与管流区高度h₁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φ之间的比例为2.7～3.9/1，其中优选3.0～3.3/1。