制氢炉讲座.ppt

1、制氢气炉讲座-1-，一、概括，石化行业对氢瓦斯气体需求量大的合成氨工厂、甲醇工厂等需要氢，炼油厂需要更大量的氢来改善油品质量。 随着炼油加工含硫原油和重质原油的比例逐年增大，油品需求结构向轻量化转变，环保对清洁燃料的要求日益提高，加氢装置已成为提高炼油厂产品质量、提高经济效益不可或缺的加工手段。 供给氢源的氢制造装置及其装置的核心成套设备的改质炉应该会急速发展吧。 工业氢瓦斯气体的生产方法多为煤和焦炭水瓦斯气体法、残渣油和重油的部分氧化法、烃类水蒸气转化法、精炼厂的富氢气体净化分离法、电解水法等。 由于轻烃蒸汽转化法技术成熟可靠，投资低廉，操作方便，炼油厂90%的产氢均采用该法。 2-、轻烃蒸

2、汽转化制氢以粗氢精制方式分为常规法和PSA法。 国内在在先修订的小规模氢制造都是常规法，1980年代以来修订的都是PSA法。 轻烃蒸汽转化制氢的核心设备是转化炉。 一是因为重整反应在重整炉内进行，所以两个重整炉的投资占全部装置的2530%。 改质炉概要轻烃蒸气改质炉的各炉管是直接火焰加热的重整反应器，该炉管一般也称为改质管，管内填充有催化剂，工艺介质(烃和水蒸气)在管内一边吸热，一边进行复杂的化学反应。 改质炉常用的炉型有掌门人炉(以I.C.I和Kellogg为代表)、掌门人炉(Topse )、雾星空卫视炉(Foster Wheeler种。 3-、2、转化管内化学反应概述、3、转化炉主要工艺残

3、奥仪表、残馀甲烷残馀甲烷是指转化管出口转化瓦斯气体减去水蒸气后的干化学基甲烷含量。 这是测量变换反应深度的重要指标。 由于合成氨厂有二段改质炉，一段改质炉的残馀甲烷一般只要求812mol%。 氢制造的残留甲烷一般要求为37mol%。 由于碳氢化合物系蒸气转化反应为吸热反应，所以无论从化学反应的平衡还是化学反应的速度来看，温度都有利于转化反应。 温度上升的限制主要是炉子材质的耐热性能，改性瓦斯气体的出热水温度为800850。 国外转换瓦斯气体的热水温度高达915。 压力升高操作压力，不利于反应平衡，残馀甲烷增加，但在可能的条件下，尽量提高操作压力，有一系列工序上的优点。 制氢炉的入口压力一般为2

4、3MPa。 水碳比控制氢气炉的水碳比在34的范围内。 空速有原料瓦斯气体空速、碳空速等。 在国内一般取650(h-1) 1000(h-1 )。 5-、-6-、4、炉型选择、1 .烃类蒸汽转化过程是伴随传热、传质、动量传递和复杂化学反应的综合过程，必须适应传热和反应。 因此，选择的炉型、原料、催化剂和操作条件等应作为整体加以考虑。 2、制氢炉的操作条件在炼油厂加热炉中最为严格，由于转化管系统都使用高铬镍合金材料，单列管双面辐射炉型3 .国内常用的有侧烧和顶烧两种。 如侧燃炉双室立式炉，对流室位于两辐射室中间上方，烟气上升，适合烟囱抽气自然通风。 在两侧侧壁的不同高度配置梅花形放射壁侧壁喷燃器。

5、转换管被配置在各个辐射室的中央。 天花板燃烧炉的放射室为箱型结构，燃烧器设置在天花板上，燃烧器设置成一列，炉管设置成一列。 对流室配置在辐射室下侧的地面上。 排烟由诱导风扇引出，炉膛负压也由诱导风扇形成，因此诱导风扇对掌门人燃烧炉来说是重要的，一般必须做好准备。 -7-、5、转换管系统、制氢炉转换管系统一般为单管型，包括转换管、上下尾管和上下集气管。 大型制氢炉的上下集气管一般分为总集气管和支气管。 转换管在火炉内的是加热段，在火炉外的是伸出段。在管内设置支撑催化剂的伞状包围曝光，两端设置耳朵皮和耳朵皮的盖子，可以装卸催化剂。 变换管都是内面加工，外面不加工的结构。 内表面加工是为了去除被离心

6、铸造的松散层，内表面加工是内侧部件和催化剂的装卸容易，外表面未加工，但一个是离心铸造时外表面为致密的层，两个相当于不平滑的表面增加传热面积，但壁厚的计算中不包含外表面的铸造层，约为0.8mm 每个转换的管道都是独立的，管道的中心距离不受弯头结构的尺寸限制。 管心距离增加，管表面的利用率增加，但管心距离成为管径的2倍后其利用率的增加也不明显，请参照图。 因此，制氢炉的管心距离根据结构设计的化学基在2倍到3倍的管径之间进行选择。 -8-、转换管有冷底和热底两种结构。 冷底结构有上支承、下支承、上下支承三种类型。 目前常用的是下支承上牵引结构。 热底结构一般为下支撑。 像尾管尾管一样，使用323.5

7、或252.5的细管制作柔软的构造。 其作用是，在输送工艺介质的基础上，主要补偿高温下的变换管和上下集气管的热胀冷缩，尽量减少热变形应力。 为了改善尾管和接头在焊接口的受力状态，通常用定力弹簧悬挂尾管。 上集气管由于工艺介质的入口温度低，上集气管的直径小，材质也低。 为了解决热胀冷缩引起的总集气管和枝集气管的三次元位移问题，总集气管和枝集气管应采用定压弹簧悬挂，对枝集气管采取适当的阻车器措施。 9-、6、下集气管和下尾管、2.1全热壁构造直接式(Kellogg )长尾管式短尾管推进杆式(Foster Wheeler) 2.2冷热壁混合构造分集合气管为热壁，总集气管为冷壁。 大部分是长尾管式。 2

8、.3全冷壁结构直接连接式(德意志UHDE )短尾管式(法国TECHNIP) -13-，7，国内全冷壁下集气管的研制，近年来烃蒸气转化氢制造技术迅速发展：一方面规模大型化，目前单转化炉的产氢量达到120000，另一方面操作条件转化瓦斯气体出热水温度目前最高可达915，国外从六零年代末期开始出现全冷壁结构(德意志UHDE公司)，为了应对大型化和严峻的操作条件，国外有从事氢制造和氨合成的大型工程公司，如Lurgi、Topsoe、Foster Wheeler等，但在国内随着国内氢气制造改质炉的大型化和操作条件越来越苛刻的要求，全冷壁下集气管氢气制造改质炉的开发和开发是不可或缺的。 sei自2000年以

9、来研制的全冷壁下集气管在高桥和沧州建设和投入了3台改质炉，使用良好，填补了国内这方面的技术空白。 17-、8、SEI全冷壁下集气管技术特点，直接连接式全冷壁结构转换管直接落座于冷壁下集气管。 变换管下部呈茄克衫结构，内管直接插入冷壁下集管的内衬套内而自由膨胀，采用了在将变换瓦斯气体导入集管内的内管与外管间、及冷壁集气管与内衬套间堵塞绝热耐火原料而降低外壁温度、自动定位内衬套的套接口结构，能够将高温热胀冷缩参照附图滑动式炉底密封结构的转换管采用贯穿炉底的滑动式密封结构，在防止漏风的同时，允许转换管适当位移，以补偿冷壁下集气管的过度热胀冷缩。 事故封头采用快速安装式事故封头，作为个别转换管破裂时的

10、应急措施。 催化剂吸出系统采用由水环式真空泵、催化剂沉淀罐及气水分离器等构成的催化剂吸出系统。 解决检查时拆卸催化剂的问题。 还可以选择19、-20-、9、转换管系统选项、上集气管、上尾管P22 P5 TP321转换管HP40Nb HP50NbTi下尾管Incoloy800H热壁下集气管Incoloy800H、低碳的25cr-等冷壁下歧管碳钢16MnR 15CrMo冷壁下歧管内衬套25Cr-20Ni或Incoloy800H，也可以选择低碳的25Cr-32Ni-Nb离心铸造管。 21-、10、冷壁下集气管内耐火绝热材料的特征在于，硅过渡耐火绝热材料中的SiO2在高温氢气流中还原成挥发性的SiO。

11、 另一方面，温度低于700时，SiO被氧化成固体的SiO2。 当氯元素络离子和氟络离子限制奥氏体不锈钢时，由于应力、水和氯元素络离子的配合发生氯元素络离子应力腐蚀裂纹。 耐火绝热材料中氯元素络离子和氟络离子的含量，GB/T 17393必须符合不锈钢用绝热材料的标准。 热传导率增加的耐火绝热材料，由于显气孔的存在，热传导率受其工作气氛的影响。 由于空气、氮气、二氧化碳及水蒸气对耐火隔热材料的导热率几乎没有影响，仅有氢瓦斯气体的影响特别显着，因此面临氢作业的耐火隔热材料的导热校正计算不能直接引用在空气气氛下测定的导热率。 22-、23、11、变质管系焊接材料的选择，同种材质的焊接选择化学成分和力学

12、性能相当于母材的焊接材料。 不同强度等级的低碳钢、碳钢、碳钢低合金钢、铬钼耐热钢之间的异种钢焊接，理想的是选择与合金含量低的一侧母材相匹配的焊接材料，保证熔接接头力学性能在两母材标准值低的以上。 焊接前的预热温度根据淬火倾向大的母材的要求决定。 焊接后的热处理温度应由合金含量高的母材决定，不能比合金成分低的一侧的母材的下限制点高。 对于不同奥氏体钢的焊接，优选选择保证熔敷金属中的合金元素体含量在合金含量低的一侧的母材规格中规定的下限值以上的焊接材料。 焊接后一般不进行热处理。 对于奥氏体钢和镍锌铁氧体钢的焊接，如果使用温度为450550，熔接接头承受高应力等级，选择高铬镍奥氏体不锈钢电焊条(如A502、A507 )如果使用温度超过550，熔接接头承受高应力等级，请选择镍系焊接材料。 焊