專利名稱：一種氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣態(tài)含烴物料間接轉(zhuǎn)化的方法，具體涉及一種采用非催化部分氧化生產(chǎn)合成氣的轉(zhuǎn)化爐及其工業(yè)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
天然氣、頁巖氣、煤層氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣等氣態(tài)烴以甲烷為主要成分，是重要的基礎(chǔ)能源和化工原料。氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化制備化學(xué)產(chǎn)品以利用化學(xué)能為主，轉(zhuǎn)化效率是衡量轉(zhuǎn)化技術(shù)優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。利用氣態(tài)烴生產(chǎn)合成氣(CCHH2)是甲烷間接轉(zhuǎn)化普遍采用的方法之一，進(jìn)而可用于合成氨、甲醇、合成油、直接還原煉鐵等工業(yè)生產(chǎn)，用途極為廣泛。
氣化烴轉(zhuǎn)化制合成，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)發(fā)生的主要反應(yīng)有ch4+h2o- >^ C0+3H2吸熱(I)ch4+co2- >^ 2C0+2H2吸熱(2)CCHH2O- >co2+h2放熱(3)CH4+0. 502-> C0+2H2放熱(4)H2+0. 502_ -> H2O放熱(5)C0+0. 502-> CO2放熱(6)這些反應(yīng)有的吸熱、有的放熱，有的需要催化劑、有的不需要催化劑。根據(jù)這些反應(yīng)的特點(diǎn)，開發(fā)了不同的化學(xué)反應(yīng)器，主要有(O固定床管式反應(yīng)器，適宜有催化劑存在下的甲烷水蒸汽重整、二氧化碳重整制備合成氣，甲烷催化部分氧化反應(yīng)亦采用固定床反應(yīng)器進(jìn)行研究。其中甲烷二氧化碳重整和甲烷催化部分氧化還處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，甲烷水蒸汽重整和二氧化碳重整需外界提供能量。
(2)氣流床反應(yīng)器，適宜無催化劑存在下的甲烷部分氧化反應(yīng)制備合成氣，即氣態(tài)烴非催化部分氧化制備合成氣，無需外界提供能量。
(3)自熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，上部為燃燒區(qū)主要發(fā)生非催化部分氧化反應(yīng)，下部為固定催化劑床層主要發(fā)生水蒸汽重整反應(yīng)，利用非催化部分氧化放出的熱量提供給水蒸汽重整反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自供熱。
(4)流化床反應(yīng)器，適宜甲烷催化部分氧化，無需外界提供能量。甲烷催化部分氧化還處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段。
采用氣流床反應(yīng)器的氣態(tài)烴非催化部分氧化得到的合成氣中合成中H2/C0體積比接近于2，合成氣無需進(jìn)行變換反應(yīng)就可以直接進(jìn)行甲醇合成和F-T合成反應(yīng)合成油等工藝；該工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，無需催化劑，不受催化劑對溫度和硫化物含量的限制。
氣態(tài)烴非催化部分氧化氧化技術(shù)日益受到工業(yè)界的重視。但目前工業(yè)運(yùn)行的氣態(tài)烴非催化部分氧化爐均采用頂置單噴嘴、只連接單廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)，限制了轉(zhuǎn)化爐的進(jìn)一步大型化滿足現(xiàn)代化工的需求。同時，由于噴嘴速度的限制，在不降低轉(zhuǎn)化爐運(yùn)行壓力的情況下，轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍不大。鑒于此，工業(yè)界希望開發(fā)一種能適宜大型化、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐。發(fā)明內(nèi)容
轉(zhuǎn)化爐與氣化燒嘴采用法蘭連接，法蘭太大即成本會大幅上升同時帶來密封問題；為了保護(hù)燒嘴在燒嘴頭部設(shè)有燒嘴冷卻水，為了保證燒嘴冷卻水在燒嘴頭部的均勻流動和充分冷卻單個燒嘴不宜過大；氣化燒嘴連接口的直徑一般需小于500_。轉(zhuǎn)化爐出口高溫合成氣的顯熱一般采用火管廢熱鍋爐回收，火管廢熱鍋爐上亦有截面大法蘭，火管廢熱鍋爐直徑太大，火管廢熱鍋爐成本會大幅上升；火管廢熱鍋爐直徑一般小于3000mm。本發(fā)明通過在轉(zhuǎn)化爐頂部設(shè)置多個氣化燒嘴連接口、在轉(zhuǎn)化爐底部設(shè)置多個廢熱鍋爐的連接口來解決上述轉(zhuǎn)化爐進(jìn)一步大型化的問題。具體方案如下一種氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，包括豎直式容器、設(shè)置在所述豎直式容器上部的上封頭和設(shè)置在所述豎直式容器下部的下封頭，所述上封頭設(shè)有具備2 10個氣化燒嘴的連接口，所述豎直式容器的底部四周設(shè)有2 4個廢熱鍋爐的連接口。
所述上封頭和下封頭為橢球形或半球形。
所述氣化燒嘴的連接口與所述氣化燒嘴共軸線。
所述氣化燒嘴的軸線與所述轉(zhuǎn)化爐的軸線之間的夾角為a，a為O 75°。
當(dāng)所述氣化燒嘴的連接口的個數(shù)為2 3時，所述氣化燒嘴的連接口在以所述轉(zhuǎn)化爐的軸線為中心的圓周上均勻分布；當(dāng)所述氣化燒嘴的連接口個數(shù)M大于4時，其中I個位于所述轉(zhuǎn)化爐的軸線中心，另外M-I個在以所述轉(zhuǎn)化爐軸線為中心的圓周上均勻分布。
所述轉(zhuǎn)化爐的耐火襯里為耐火磚型式，耐火磚厚度B為100 600mm ;所述廢熱鍋爐的兩個相鄰連接口之間的夾角b大于或等于90°。
所述轉(zhuǎn)化爐爐膛高度H與爐膛直徑D的比值H D=5 2 ;所述氣化燒嘴距所述轉(zhuǎn)化爐軸線的距離S與所述轉(zhuǎn)化爐爐膛直徑D的比值S D=0. I O. 9。
所述轉(zhuǎn)化爐的工作壓力為O. I 12MPa，氣化溫度為1000 1700°C。
所述氣態(tài)烴是指天然氣、頁巖氣、油田氣、煤層氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣中的一種或其混合物。
所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐的應(yīng)用，用于合成氨、甲醇、合成油或直接還原煉鐵。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)化爐與目前公開的轉(zhuǎn)化爐相比，具有轉(zhuǎn)化效率高、耐火襯里使用壽命長、負(fù)荷增減方便，特別適宜于大型化裝置。采用本方法生產(chǎn)的合成氣進(jìn)而可用于合成氨、 甲醇、合成油、直接還原煉鐵等工業(yè)生產(chǎn)，用途極為廣泛。


圖I是實(shí)施例的氣態(tài)烴非催化部分氧化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例的氣態(tài)烴非催化部分氧化爐的A-A向示意圖；圖3是實(shí)施例的氣態(tài)烴非催化部分氧化爐的A-A向示意圖；圖4是實(shí)施例的氣態(tài)烴非催化部分氧化爐的B-B向示意圖。
符號說明I :氣化燒嘴連接口 ；2 :氣化燒嘴；3 :豎直式容器；4 :廢熱鍋爐連接口 ；5 :耐火襯里； 6 :上封頭；7 :下封頭。
具體實(shí)施方式
下面用實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于實(shí)施例。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下做出的其它的變化和修改， 仍包括在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
參見圖1，氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐包括豎直式容器3、設(shè)置在豎直式容器3 上部的上封頭6和設(shè)置在豎直式容器3下部的下封頭7，上封頭6上設(shè)有M個氣化燒嘴的連接口 I，豎直式容器3的底部四周設(shè)有N個廢熱鍋爐的連接口 4。
設(shè)置在氣化燒嘴連接口 I中的氣化燒嘴2。氣化燒嘴連接口 I與氣化燒嘴2共軸線。
所述的轉(zhuǎn)化爐的上封頭6和下封頭7為橢球形或半球形。
氣化燒嘴2的軸線與轉(zhuǎn)化爐的軸線之間的夾角為a，夾角a角度為O 75°。
所述轉(zhuǎn)化爐爐膛高度H與爐膛直徑D的比值H D=5 2。
轉(zhuǎn)化爐的耐火襯里5為耐火磚型式,耐火磚厚度B為100 600mm。
參加圖2和圖3，所述氣化燒嘴連接口 I的個數(shù)M為2 10個。當(dāng)氣化燒嘴連接口 I的個數(shù)M為2 3時，氣化燒嘴連接口 I與轉(zhuǎn)化爐軸線為中心的圓周上均布；當(dāng)氣化燒嘴連接口 I的個數(shù)M大于4時，I個位于轉(zhuǎn)化爐軸線中心，M-I個在與轉(zhuǎn)化爐軸線為中心的圓周上均布。
所述工藝燒嘴距轉(zhuǎn)化爐軸線的距離S與轉(zhuǎn)化爐爐膛直徑D的比值S :D=0.1 0.9。
參加圖4，廢熱鍋爐的連接口 4N為2 4個。兩個相鄰廢熱鍋爐的連接口之間的夾角b大于等于90°。
實(shí)施例 I對某廠天然氣制油品裝置采用FT合成油工藝，裝置能力100萬噸油品/年，有效氣 CCHH2的需求量為大約75萬Nm3/h。FT合成油要求合成氣中H2/C0的體積比約為I. 8，采用氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐將天然氣轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣經(jīng)過脫硫脫碳處理后進(jìn)而去 FT合成油工序。
氣化爐壓力為3. 3MPaG，氣化爐采用耐火磚襯里。轉(zhuǎn)化爐設(shè)置為3臺。單臺轉(zhuǎn)化爐有效氣產(chǎn)量大約25萬Nm3/h，天然氣處理量大約98500Nm3/h。氣化爐爐殼外直徑為4. 2米， 爐膛內(nèi)直徑D為3. 6米，轉(zhuǎn)化爐爐膛直段高度為16米。
設(shè)置4個工藝噴嘴，單燒嘴天然氣流量24625 Nm3/h。一個燒嘴位于轉(zhuǎn)化爐軸線， 另3個在與轉(zhuǎn)化爐軸線為中心的圓周上均布。夾角a為30°。距離S為O.
設(shè)置2個廢熱鍋爐連接口，兩個連接口之間夾角b為90°。
噴嘴為三通道，從內(nèi)向外各通道分別為氧氣、天然氣、水蒸汽。單個噴嘴各通道參數(shù)為氧氣純度為99. 6%，流量為15617Nm3/h，經(jīng)氧氣加熱器加熱到220°C后進(jìn)入噴嘴；天然氣的組成列于表1，流量為24625 Nm3/h，經(jīng)天然氣加熱器加熱到300°C后進(jìn)入噴嘴；水蒸汽流量為I. 4t/h。
權(quán)利要求
1.一種氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，包括豎直式容器、設(shè)置在所述豎直式容器上部的上封頭和設(shè)置在所述豎直式容器下部的下封頭，其特征在于，所述上封頭設(shè)有具備2 10個氣化燒嘴的連接口，所述豎直式容器的底部四周設(shè)有2 4個廢熱鍋爐的連接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，所述上封頭和下封頭為橢球形或半球形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，所述氣化燒嘴的連接口與所述氣化燒嘴共軸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，所述氣化燒嘴的軸線與所述轉(zhuǎn)化爐的軸線之間的夾角為a，a為O 75°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，當(dāng)所述氣化燒嘴的連接口的個數(shù)為2 3時，所述氣化燒嘴的連接口在以所述轉(zhuǎn)化爐的軸線為中心的圓周上均勻分布；當(dāng)所述氣化燒嘴的連接口個數(shù)M大于4時，其中I個位于所述轉(zhuǎn)化爐的軸線中心，另外M-I個在以所述轉(zhuǎn)化爐軸線為中心的圓周上均勻分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化爐的耐火襯里為耐火磚型式，耐火磚厚度B為100 600mm ;所述廢熱鍋爐的兩個相鄰連接口之間的夾角b大于或等于90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化爐爐膛高度H與爐膛直徑D的比值H D=5 2 ;所述氣化燒嘴距所述轉(zhuǎn)化爐軸線的距離S與所述轉(zhuǎn)化爐爐膛直徑D的比值S D=0. I O. 9。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化爐的工作壓力為O. I 12MPa，氣化溫度為1000 1700°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐，其特征在于，所述氣態(tài)烴是指天然氣、頁巖氣、油田氣、煤層氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣中的一種或其混合物。
10.權(quán)利要求I至9任一所述的氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐的應(yīng)用，其特征在于，用于合成氨、甲醇、合成油或直接還原煉鐵。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐及其應(yīng)用，轉(zhuǎn)化爐為豎直式容器，轉(zhuǎn)化爐上封頭上設(shè)有2～10個氣化燒嘴的連接口，轉(zhuǎn)化爐豎直式容器的底部設(shè)有2～4個廢熱鍋爐的連接口。本發(fā)明的轉(zhuǎn)化爐與目前公開的轉(zhuǎn)化爐相比，具有轉(zhuǎn)化效率高、耐火襯里使用壽命長、負(fù)荷增減方便，特別適宜于大型化裝置。采用本方法生產(chǎn)的合成氣進(jìn)而可用于合成氨、甲醇、合成油、直接還原煉鐵等工業(yè)生產(chǎn)，用途極為廣泛。
文檔編號C01B3/36GK102923658SQ20121046208
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者王輔臣, 代正華, 龔欣, 于廣鎖, 劉海峰, 王亦飛, 周志杰, 陳雪莉, 王興軍, 李偉鋒, 郭曉鐳, 梁欽鋒, 郭慶華, 許建良 申請人:華東理工大學(xué)