制氢装置的设计方向[1]

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1、维普资讯http://www.cqvip.com石油化工设备技术⋯⋯一～制氢装置的设计方向lT．Johansen~著方怡中摘译及一，&h队nT一认识到对水蒸汽转化制氢过程有若千设计(2)顶烧炉-_。。‘___’-。_●-●__-。。一上的重要考虑，需要对构成该工艺的多单元给(3)台式炉；予详尽的注意。设计方向首先集中于改进(4)底烧炉。H,／CO台成气的发生这个首要单元。侧烧炉及顶烧炉为迄今为止最常用的炉型。侧烧炉如图l所示，其结构特点为沿侧辐1合成气的发生射墙有很多燃烧器，在转化炉炉膛的中心为单天然气

2、、液亿气、煤及焦炭均为生产氢气俳炉管。热量从辐射墙通过转化管吸收。顶烧的潜在原料。作为生产合成气工艺过程的第一炉如图2所示，采用多排炉管，其燃烧器装设步，可采用的工艺有：于炉管两侧的拱顶，热量由燃烧产物的辐射供(1)水蒸汽转化法，热而不是靠耐火墙。(2)氧气和水蒸汽的自热式转化弦J(3)氧气的部分氧化法(POX)。目前大多数的台成气是由天然气、轻烃直至石脑油的水蒸汽转化法制得的。虽然重油及煤均较便宜，但部分氧化法或煤气化法较之水蒸汽转化法其吸引力常常小得多。诸如部分氧化法的空气鼓风技术常常只有在氧气较便

3、宜易得，或者其原料为象FCC或延迟焦化的气体那样含高烯烃成分时，其经济上才有吸引力。用轻烃的水蒸汽转化法生产合成气在大多数情况下预计仍然是最有效的工艺。2水蒸汽转化水蒸汽转化法制氢装置的核心为转化炉本图L4烧炉身=大体上，转化炉是一个加热的化学反应器，其炉膛内装设有许多单独的装填有催化剂的炉对不同转化炉的合适选择取决于很多因管。在装有催化剂的炉管内，烃类与水蒸汽进素，最有关的是转化炉的尺寸及燃料类型。对行转化生成H，CO和残余甲烷的平衡混台小型炉，侧烧炉常常是一种经济及有吸引力的气。高吸热反应所需的热量

4、由炉内的燃烧器提选择炉膛比较小，烟气由炉顶出去，使对流供，通过辐射及对流传热将热量传送至炉管内段的结构比较简单。侧烧炉很少适用于大型转的工艺气体。化炉，因为燃烧器的数量太多，常常需要将炉在转化炉设计中酋先要决定的是所提供的管放在两个或更多个辐射室内。对大型转化炉，炉型。有几种可能性可供选择：采用燃烧器较少以及结构较紧凑的顶烧炉成为(1)侧烧炉；台乎逻辑的选择。维普资讯http://www.cqvip.com第u卷第5期石油化工设备技术1f3位置2／3位置案碍曼瓣督00图3侧烧炉性能图1／3位置2f3位置

5、图2顶烧炉蒜5转化炉炉管装有催化剂的炉管是转化炉最关键的部曼爹件，它占转化炉总投资的30。适用于不同转苕JD0化炉可采用的台金材料范围很广，其选择是个关键因素较常用和重要的材料有：25Cr-20Ni(HK40)图4顶烧炉性能图25Cr-35NiNb(含Nb的HP)6发展方向对低压的转化炉，熟知的HK一40材料依然是最好的选择。对高压转化炉，采用象较贵制氢装置设计的几乎所有方面正在发展和的含N1)的HP材料证明在投资上是台理的。改进以提高其效率、可靠性及效益。面对转化炉本身，高、中、低温热循环方案证明是很

6、有4炉管系统设计希望的。转化炉内的热管包括进口集台管、转化炉6．1高温热循环方案管出口集台管及上、下猪尾管。总的热管系本方案为利用转化气(温度600~900c)统在悬吊、应力、蠕变及其他因素方面从设计的废热通过管式换热器型的转化器提高进料的上必须按一个系统考虑。膨胀应力通过计算机转化率，原则上有两种技术可采用，如图5所计算。转化炉管的壁厚以l0万小时的断裂应力示。参数为基准计算而得，该参数可由地方当局或(1)二进一出(称为釜式转化器“Pot—炉管制造厂提供。former”)：在这种型式的换热器／转化器中

7、，壳程和管程的物流是相混的。5过程模拟(2)二进二出(称为气体加热转化器如果同时考虑传热及反应动力学就可得到“GHR”)：在这种型式的换热器／转化器中，水蒸汽转化的完整关系围。图3，4分别为侧壳程和管程内的气体是分开的。烧炉及顶烧炉的热强度、温度、压力及转化率图6中的釜式转化器Potformer是一台带的典型分布图。有支承在管板上的催化剂管及耐火衬里的压力维普资讯http://www.cqvip.com石油化工设备拄术1993年衰12．5万m。／h(标准状态)儡氢装置比较～常规铆氢转化舻+釜宣+Ps^转

8、亿器+Ps～(原料+燃料)／m(标准状志)·h-l096O9384转化炉足寸／％1D071一殴炉辐射段热效率／40～455～90投资／l0O99常规装置图5釜式转化器和气体加热转化器示意图娴1产品带釜式转化器的制氢装置臣混台(转化后)的工艺气体船图6釜式转化器简图容器，催化剂管束的设计条件与一般的转化炉极其相似。在壳程，对流传热控制反应速度，充分理解所包含的机理对正确的设计至为重要。釜式转化器对转化一股分流来的进料较为理想，它具有下列优点：