PDF《焦炉气非催化部分氧化与 催化部分氧化制合成气工艺比较》

反应(5) ~( 7) 均为吸热反应,提高反应温度将显著提高平衡转化率. 这就是说, 提高温度( 例如操作 温度维持在

1 200! ~1 300! 左右) , 在热力学上对焦 炉气中甲烷的转化反应是有利的.当然温度再高, 如 果混合不良, 将导致有利于甲烷裂解生成碳的反应 ( 8) 的进行, 还会给设备、 材质带来更高的要求.

2 非催化部分氧化工艺 2.1 技术关键 焦炉气非催化部分氧化工艺流程示于图 1, 其技术 关键是烧嘴以及烧嘴与气化炉匹配形成的流场. 2.1.1 烧嘴 对焦炉气非催化转化, 烧嘴的功能有二: 一是促 进焦炉气与氧气混合;

二是与炉体匹配形成适宜流 场, 进而形成适宜的温度分布 , 达到保护烧嘴和炉顶 耐火砖的双重目的. 由于化学反应是建立在分子接触的基础上的, 如 何保证焦炉气与氧混合良好就成为烧嘴的技术关键 之一, 混合不良时, 出炉气中残余甲烷提高, 为下游工 序留下隐患, 原料利用率下降;

另一方面, 由于焦炉气 极易燃烧, 相对于渣油气化过程而言, 气化炉上部燃 烧强度增大, 良好的混合又使火焰缩短, 必然导致气 化炉拱顶表面温度的升高, 影响拱顶耐火砖寿命和烧 嘴本身的寿命.即从化学反应( 或者从提高焦炉气转 化率) 的角度讲, 应加强混合;

从保护气化炉拱顶和延 长烧嘴寿命的角度讲, 应弱化混合, 这是一对矛盾. 因此, 烧嘴的设计及其与炉体的匹配, 目的就是要在这 一对矛盾中找到恰当的平衡点. 非催化部分氧化转化炉应有适宜的长径比, 一般 不小于3:1, 以保证适当的停留时间,使焦炉气转化有足够的时间, 其主要矛盾是延长烧嘴寿命, 应尽量 简化烧嘴结构, 即使烧嘴混合性能有所降低, 气化炉 较长的停留时间也足以弥补, 同样能达到工艺要求. 2.1.2 烧嘴与炉体的匹配 非催化部分氧化转化炉内的温 度分布与烧嘴和炉体匹配形成的流场有关.与固体或液体原料相比, 焦炉气更容易燃烧, 气化炉上部特别是炉顶部的燃烧 强度增加, 热强度增大, 对炉壁的辐射传热增加, 可能 会造成炉顶温度的升高.工业实践也证明了这一点. 由于焦炉气非催化部分氧化时转化炉上部燃烧强度 增加, 为了满足炉顶温度在正常范围的要求, 可加厚 炉顶耐火砖的厚度, 以降低拱顶表面温度. 烧嘴结构采用多通道形式, 冷却方式采用盘管式 冷却, 从工业实践看, 盘管式冷却有利于提高喷嘴寿 命, 但每台烧嘴造价要比夹套式高. 2.2 非催化转化炉流动特征及温度 转化炉内存在

3 个流动特征各异的区域, 即射流 区、 回流区和管流区. 与此相适应, 也存在化学反应特 征各异的

3 个区, 即一次反应区、 二次反应区和

一、 二 次反应共存区( 图2) .3 个区域中, 因反应特征不同, 温度分布各不相同, 其中射流区( 一次反应区) 温度最 高, 回流区(

一、 二次反应共存区) 次之, 管流区( 二次 反应区) 最低.因工艺条件不同, 转化炉长径比不同, 各区域最高温度值亦不相同 , 研究表明, 各区温度大 致范围如下: 射流区( 一次反应区) :

1 200! ~

1 600! ;

图1非催化部分氧化工艺流程示意图 Ⅰ―射流区 Ⅱ―回流区 Ⅲ―管流区 1―一次反应区 2―

一、 二次反应共存区 3―二次反应区 图2非催化部分氧化转化炉区内流动特征示意图 王辅臣等: 焦炉气非催化部分氧化与催化部分氧化制合成气工艺比较