《制氢炉讲座》ppt课件

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1、制氢炉讲座-1-一、概述石化行业对氢气的需求量很大合成氨厂、甲醇厂等需要氢，炼油厂更需要大量的氢来改善油品品质。随着炼油加工含硫原油和重质原油比例的逐年增大，而油品需求结构又向轻质化转变，以及环保对清洁燃料的要求日渐提高，加氢装置已成为炼油厂提高产品品质，增加经济效益必不可少的加工手段。作为提供氢源的制氢装置及该装置的核心设备转化炉必将得到迅速发展。工业氢气的生产方法很多煤或焦炭水煤气法，渣油或重油部分氧化法，烃类水蒸汽转化法，炼厂富氢气体净化分离法，电解水法等。由于轻烃蒸汽转化法工艺成熟可靠，投资低廉，操作方便，炼油厂90

2、%的制氢都采用此法。-2-轻烃蒸汽转化制氢按粗氢气提纯方式分为常规法和PSA法。国内从前设计的小规模制氢都是常规法，1980年代以来设计的都是PSA法。轻烃蒸汽转化制氢的核心设备是转化炉。一则因为转化反应是在转化炉内进行的，二则转化炉的投资占全装置的25~30%。转化炉简介轻烃蒸汽转化炉的每一根炉管就是一个直接火焰加热的转化反应器，其炉管一般也称为转化管，管内装填有催化剂，工艺介质（烃和水蒸汽）在管内一边吸热，一边进行着复杂的化学反应。转化炉常用的炉型有顶烧炉（以I.C.I和Kellogg为代表）、侧烧炉（Topsφe）和梯

3、台炉（FosterWheeler）三种。-3-二、转化管内的化学反应简介三、转化炉主要工艺参数残余甲烷残余甲烷指的是转化管出口处转化气中扣除水蒸气后的干基甲烷的含量。它是衡量转化反应深度的重要指标。合成氨厂由于有二段转化炉，一段转化炉残余甲烷一般只要求8～12mol%。而制氢的残余甲烷一般要求3～7mol%。温度因为烃类蒸汽转化反应是吸热反应，因此，不论从化学反应的平衡，还是从化学反应的速度来讲，升高温度对转化反应都是有利的。温度升高的限制主要在于炉管材质的耐热性能，转化气的出炉温度一般是800～850℃。国外转化气出炉温度

4、有高达915℃的。压力提高操作压力，对反应的平衡不利，残余甲烷会增加，但是在可能的条件下，还是尽量提高操作压力，因为这样会有一系列工程上的优点。制氢炉的入口压力一般是2～3MPa。水碳比制氢炉的水碳比在3～4范围内。空速有原料气空速、碳空速等。国内一般取650(h-1)～1000(h-1)。-5--6-四、炉型选择1.烃类蒸汽转化过程是伴有传热、传质、动量传递和复杂化学反应的综合过程，要求传热与反应必须相适应。因此，所选用的炉型、原料、催化剂和操作条件等应作为一个整体来考虑。2.制氢炉操作条件是炼油厂加热炉中最苛刻的，转化管

5、系统使用的都是高铬镍合金材料，因此应选用单排管双面辐射炉型3.国内常用的是侧烧和顶烧两种。侧烧炉一般为双室立式炉，对流室置于两辐射室中间的上方，烟气上行，适宜于靠烟囱抽力自然通风。在两面侧墙的不同高度上布置梅花形辐射墙侧壁燃烧器。转化管布置在每个辐射室的中间。顶烧炉的辐射室为箱式结构，燃烧器布置在炉顶，一排燃烧器，一排炉管顺序布置。对流室布置在辐射室的下侧地面。烟气靠引风机抽出，炉膛负压也靠引风机形成，因此，引风机对顶烧炉是致关重要的，一般应采取一开一备。-7-五、转化管管系制氢炉转化管管系一般采用单管型，包括转化管、上下尾

6、管和上下集气管，见图。大型制氢炉的上、下集气管一般还分为总集气管和支集气管。转化管在炉膛内的为加热段，炉膛之外的为伸出段。管内设置有支持催化剂的伞形托架，两端设置有法兰和法兰盖，以便装卸催化剂，见图。转化管均为内表面加工，外表面不加工的结构。内表面加工一则为去掉离心铸造的疏松层，二则便于内构件及催化剂的装卸；外表面不加工，一则因为离心铸造时外表面是致密层，二则是不平滑的表面相当于增加了传热面积，但是壁厚计算时应不包括外表面的铸造层，约～0.8mm。每根转化管都是独立的，其管心距不受弯头结构尺寸的限制。管心距增加，管子表面利用

7、率增加，但到管心距为管径的二倍之后其利用率增加也不明显，见图。因此，制氢炉的管心距是根据结构设计在二至三倍管径之间选取。-8-转化管有冷底和热底两种结构。冷底结构有上支撑、下支撑和上下支撑三种型式。现在常用的是下支撑上牵引结构。热底结构一般为下支撑。尾管尾管一般采用Ф32×3.5或Ф25×2.5的细管制成柔性结构。其作用除传送工艺介质外，主要是补偿高温下转化管和上、下集气管的热膨胀，尽可能地减少热变形应力。为了改善尾管与接头焊口处的受力状态，通常采用恒力弹簧将尾管悬吊起来。上集气管由于工艺介质进口温度较低，上集气管直径一般较

8、小，材质也较低。为了解决热膨胀引起的总集气管和支集气管三维位移问题，总集气管和支集气管宜采用恒力弹簧悬吊，并对支集气管采取适当的限位措施。-9-六、下集气管和下尾管2.1全热壁结构●直连式(Kellogg)●长尾管式●短尾管+推动杆式(FosterWheeler)2.2冷-热壁混合结构分集