CN201198449Y - 一种小型天然气制氢转化炉 - Google Patents

Abstract

一种小型天然气制氢转化炉，涉及一种天然气制氢转化炉，目的是解决小型化天然气制氢转化炉采用长炉管造成的投资大、占地面积大、材料和资源浪费的问题，包括炉顶耐火层、炉壁耐火层、炉底耐火层构成的炉体，以及设置炉体内的炉管，所述炉管分为直立的进气段、中间段和出气段三部分，进气口位于进气段的上部与其相通，出气口与出气段的下部其相通，进气段的下部与中间段的下部通过“Ω”形猪尾管连通，中间段的上部与出气段的上部通过“C”形猪尾管连通，位于进气段、中间段和出气段之间设置有一端与引风机相通的炉底烟道，炉底烟道的至少一面侧壁上开设有通烟孔，可适用于天然气制氢转化使用。

Description

一种小型天然气制氢转化炉

技术领域

本实用新型涉及一种天然气制氢转化炉，特别涉及一种小型化的天然气制氢转化炉。

背景技术

天然气制氢转化炉是在高温、高压的条件下，以天然气、油田气、焦炉气、炼厂尾气或轻油为原料，借助转化炉管内镍基催化剂的作用，促使原料与水蒸气在转化炉管内部进行转化反应制取合成氨原料气(即氢气)的高温设备。

由于天然气蒸汽转化法制取氢气的工艺过程，是在2.0～4.0MPa(A)的压力和700～800℃的高温下进行，操作条件苛刻，设备材料要求高，其投资一般占合成氨厂非定型设备投资的30％。

天然气蒸汽反应为吸热反应，其所需热量必须为外部提供，通常由安置在转化炉上部或下部的燃烧器(燃料气通常为天然气)提供，燃烧器燃烧放出热量，热能转化为辐射能，辐射能被炉管吸收，满足转化炉管内部反应所需热量，这一过程通常在转化炉辐射室内进行。所谓辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分，辐射室是热交换的主要场所，整个天然气蒸汽转化炉的热负荷的70～80％是由辐射室担负的，它是全炉最重要的部分，天然气蒸汽转化全部反应过程全部在辐射室内完成。

因天然气转化制氢反应是一个强吸热反应，所以在转化炉管内部随着反应深度的加强，催化剂床层的温度梯度会呈现一种沿气体流动方向逐渐降低的状态，但为了是整个炉管内的反应在一个相对稳定的温度下进行，这就要求炉管各段获得的热量不一致，总的来说就是沿着反应气体流动的方向，炉管获得的热量逐渐增加。转化炉辐射室的设计和操作的核心问题是使炉管的壁温上下均匀，也就是减少由于反应不平衡所造成的局部析碳和过热，延长炉管寿命。在通常的天然气蒸汽转化炉中，采用燃烧器燃烧方向与原料气气体流动方向一致的方法解决这个问题。

一般来说，转化炉管的长度受到炉管内催化剂抗压强度、允许的压力降、烟气中温度梯度及转化管膨胀等因素的限制，一般转化炉管的长度约为8～12m。对于大、中型天然气制氢转化炉采用这种长度的转化炉管较为经济，但对于小型天然气转化炉，采用长炉管势必会增加炉体钢结构及耐火材料的投资，且整个转化炉体积以及占用空间过大，造成对各种资源不必要的浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决小型化天然气制氢转化炉采用长炉管造成的投资大、占地面积大、材料和资源浪费的问题，提供一种小型天然气转化炉，可以更小的投资、更小的占用空间和材料耗费，满足天然气制氢转化反应的要求。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种小型天然气制氢转化炉，包括炉顶耐火层、炉壁耐火层、炉底耐火层构成的炉体，以及设置于炉体内的炉管，所述炉管分为直立的进气段、中间段和出气段三部分，进气口位于进气段的上部与其相通，出气口与出气段的下部其相通，进气段的下部与中间段的下部通过“Ω”形猪尾管连通，中间段的上部与出气段的上部通过“C”形猪尾管连通。

所述炉底耐火层上，位于进气段、中间段和出气段之间设置有一端与引风机相通的炉底烟道，炉底烟道的至少一面侧壁上开设有通烟孔。

所述进气段、中间段和出气段呈三角形分布。

所述进气段、中间段和出气段呈三角形分布，炉底烟道呈人字形。

所述人字形炉底烟道的一端与引风机连通，另两端封闭，面向进气段的两面侧壁与面向中间段的两面侧壁都开设有通烟孔。

所述面向中间段的两面侧壁上开设的通烟孔数量是面向进气段的两侧侧壁上开设的通烟孔数量的两倍。

所述进气口和出气口位于炉体外。

所述“Ω”形猪尾管和“C”形猪尾管位于炉体之外。

本实用新型采用上述结构，将现有的较长的炉管分为直立分布的三段，可以有效降低炉体的高度，从而大大减少炉体钢结构及耐火材料的使用和投资，减少转化炉的占用空间和材料耗费；“Ω”形猪尾管和“C”形猪尾管采用多弯头的形式，可抵抗在高温的工作状态下材料的变形；通过炉底烟道的设置，以及炉底烟道各侧壁上不同数量通烟孔的设置，由于侧墙上开孔数量与烟气流速成正比，即开孔数量越多，在转化炉外部的引风机产生的抽力作用下，则烟气流速越快，而烟气流速又与单位时间内供给炉管的热量成正比，即烟气流速越快，则单位时间内提供的热量越少，也就是说，侧墙上开孔数量越多，则侧墙附近区域内烟气流速越快，此区域内的转化炉管获得的热量越小，可以满足沿着反应气体流动的方向炉管获得的热量逐渐增加的制氢转化反应要求。

可见，采用上述结构的本实用新型，与现有技术相比，具有可以更小的投资、更小的占用空间和材料耗费，满足天然气制氢转化反应要求的优点，适用于小型化的天然气制氢转化炉。

附图说明

图1是本实用新型的炉管结构示意图；

图2是本实用新型的炉管和炉底烟道的结构示意图；

图3、图4是本实用新型的炉底烟道的结构示意图；

图5是本实用新型的结构示意图；

图中标号：1是进气段，2是中间段，3是出气段，4是进气口，5是“Ω”形猪尾管，6是“C”形猪尾管，7是出气口，8是炉底烟道，9是炉底耐火层，10是炉底支架，11是通烟孔，12是炉顶耐火层，13是炉壁耐火层。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图5所示，一种小型天然气制氢转化炉，包括炉顶耐火层12、炉壁耐火层13、炉底耐火层6构成的炉体，以及设置于炉体内的炉管，炉顶耐火层12、炉壁耐火层13、炉底耐火层6构成的内部空间为转化炉辐射室，炉底耐火层下设置有炉底支架10。

耐火陶瓷纤维具有质地轻、可减轻钢结构荷载、导热系数小、保温效果好、结构简单和施工方便等特点，在本实施例中，将耐火陶瓷纤维敷设在转化炉立墙和炉顶以及烟气出口烟道的部分区域。炉底耐火层采用耐火浇注料，这是因为耐火浇注料具有可塑性强、适用于各种形状复杂的场合、施工简单等特点，并且具有比耐火陶瓷纤维更高的抗烟气冲刷的能力。

本实施例将一个通常意义上的“长”炉管(炉管长度约为8～12m)设计为3个独立的“短”炉管(炉管长度约为2～3m)，分别为直立的进气段1、中间段2和出气段3三部分，进气口4与进气段1的上部相通，出气口7与出气段3的下部其相通，进气段1的下部与中间段2的下部通过“Ω”形猪尾管5连通，中间段2的上部与出气段3的上部通过“C”形猪尾管6连通。

上述“Ω”形猪尾管5和“C”形猪尾管6，都是由机械性能优良的Incoloy800H钢制得的钢管制成，由于这种钢管抗热变形能力强，柔韧性能好，通常又被称为“猪尾管”，采用多弯头的形式，可抵抗在高温的工作状态下材料的变形。

炉管的进气口4和出气口7位于炉体外；“Ω”形猪尾管5和“C”形猪尾管6位于炉体之外。炉管采用上支撑的形式，采用耳式支座支撑在炉顶，使炉管在高温状态下工作时可以自由地向下膨胀。进气段1、中间段2和出气段3呈对称的三角形分布。

如图2所示，炉底耐火层6上，位于进气段1、中间段2和出气段3之间设置有一端与引风机相通的炉底烟道8。炉底烟道8将转化炉内部空间分成了三个部分，进气段1、中间段2和出气段3分别位于其中。

炉底烟道8呈人字形，其一端与引风机连通，另两端封闭，面向进气段1的两面侧壁与面向中间段2的两面侧壁都开设有通烟孔11，面向出气段3的两侧壁没有开设通烟孔11。由于侧壁上开孔数量与烟气流速成正比，即开孔数量越多，在转化炉外部的引风机产生的抽力作用下，则烟气流速越快，而烟气流速又与单位时间内供给炉管的热量成正比，即烟气流速越快，则单位时间内提供的热量越少，也就是说，侧墙上开孔数量越多，则侧墙附近区域内烟气流速越快，此区域内的转化炉管获得的热量越小。显然，通过上述结构，可以使进气段1、中间段2、出气段3获得的热量递增，以满足强吸热转化反应的要求。

上述通烟孔11的开设数量的优选值是，面向中间段2的两面侧壁上开设的通烟孔11数量是面向进气段1的两侧侧壁上开设的通烟孔11数量的两倍，面向出气段3的两侧壁不开设通烟孔11。

本实施例中，由于大大降低了整个炉管***的高度(从8～12m降至2～3m)，从而使转化炉钢结构的用量降低了35％，耐火陶瓷纤维的用量降低了43％，有效降低了成本。

Claims (8)

1.一种小型天然气制氢转化炉，包括炉顶耐火层(12)、炉壁耐火层(13)、炉底耐火层(6)构成的炉体，以及设置于炉体内的炉管，其特征在于，所述炉管分为直立的进气段(1)、中间段(2)和出气段(3)三部分，进气口(4)与进气段(1)的上部相通，出气口(7)与出气段(3)的下部其相通，进气段(1)的下部与中间段(2)的下部通过“Ω”形猪尾管(5)连通，中间段(2)的上部与出气段(3)的上部通过“C”形猪尾管(6)连通。

2.如权利要求1所述一种小型天然气制氢转化炉，其特征在于，所述炉底耐火层(6)上，位于进气段(1)、中间段(2)和出气段(3)之间设置有一端与引风机相通的炉底烟道(8)，炉底烟道(8)的至少一面侧壁上开设有通烟孔(11)。

3.如权利要求1或2所述一种小型天然气制氢转化炉，其特征在于，所述进气段(1)、中间段(2)和出气段(3)呈三角形分布。

4.如权利要求2所述一种小型天然气制氢转化炉，其特征在于，所述进气段(1)、中间段(2)和出气段(3)呈三角形分布，炉底烟道(8)呈人字形。

5.如权利要求4所述一种小型天然气制氢转化炉，其特征在于，所述人字形炉底烟道(8)的一端与引风机连通，另两端封闭，面向进气段(1)的两面侧壁与面向中间段(2)的两面侧壁都开设有通烟孔(11)。

6.如权利要求5所述一种小型天然气制氢转化炉，其特征在于，所述面向中间段(2)的两面侧壁上开设的通烟孔(11)数量是面向进气段(1)的两侧侧壁上开设的通烟孔(11)数量的两倍。

7.如权利要求6所述一种小型天然气制氢转化炉，其特征在于，所述进气口(4)和出气口(7)位于炉体外。

8.如权利要求7所述一种小型天然气制氢转化炉，其特征在于，所述“Ω”形猪尾管(5)和“C”形猪尾管(6)位于炉体之外。

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