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10万吨年合成氨厂两段中间间接换热式变换炉的最佳工艺设计毕业设计10万吨/年合成氨厂两段中间间接换热式变换炉的最佳工艺设计学院：化学化工学院班级：20101331班学号：2010133108姓名：姚正贤指导老师:王智娟完成时间:2013年8月30日目录绪论 (6)一、合成氨原料 (6)1、合成氨生产工艺 (6)2、 氨的用途 (6)二、合成氨的生产现状 (7)1、世界合成氨生产现状 (7)2、我国合成氨生产现状 (7)三、合成氨技术的发展趋势 (8)设计条件 (9)一、最佳设计条件式的建立 (9)二、最佳温度变换率分配方案和接触时间的计算 (10)1、已知条件 (10)2、在T~x 图上标绘出平衡曲线和最佳温度曲线 (12)3、由条件式I 确定第一段出口状态和第二段入口状态。
(13)（1）绝热操作线方程及绝热温升的确定 (13)4.用条件式2T ∏确定二段出口状态 (17)三、催化剂用量的计算 (19)1、第一段11001V C R υτ= ................................ 19 2、第二段20022V C V T R ∴= ................................ 19 3、总用量3+13.5310.4214.95m 12V V V RT R R ==+= ........... 19 四、变换炉工艺尺寸的确定 . (19)五、 附录 (22)1、正负面积求变化率： (22)2、求接触时间 (23)10万吨/年合成氨厂两段中间间接换热式变换炉的最佳工艺设计摘要本设计根据效益最好的原则，以变换炉催化剂体积最小为目标函数，导出了间接换热式变换炉最佳设计的条件式，并通过计算机求解，得出年产十万吨合成氨厂变换炉所需B113型催化剂的理论体积，可供有关设计部门和生产单位参考。
关键词间接换热式最佳设计变换炉绝热温升接触时间前言一氧化碳变化是合成氨生产中一个重要组成部分。
二段转化炉的原理二段转化炉是一种常见的炼油设备，用于将重质石油馏分转化为轻质石油产品。
它的原理是通过加热和催化作用，将原油中的长链烃分子断裂成较短的链烃分子，从而提高石油产品的产率和质量。
二段转化炉通常由上下两个反应器组成，分别称为顶部和底部反应器。
原油首先进入顶部反应器，经过加热后进入底部反应器，最后通过冷却装置得到转化后的轻质石油产品。
在顶部反应器中，原油首先被加热至较高的温度，通常在500℃以上。
这样可以使原油中的长链烃分子变得更加活跃，易于断裂。
同时，顶部反应器中还加入了适量的催化剂，如铝硅酸盐等。
催化剂能够提高反应速率，并促使烃分子发生断裂反应。
经过顶部反应器的处理，原油中的长链烃分子已经部分断裂，得到了较短的链烃分子。
这些短链烃分子随着原油进入底部反应器，继续进行断裂反应。
底部反应器中的温度通常较高，达到550℃以上，以进一步促使烃分子的断裂。
底部反应器中也加入了适量的催化剂，以提高反应效率。
催化剂的存在能够降低反应温度，减少能量消耗。
此外，催化剂还能选择性地促使烃分子发生断裂反应，减少不必要的副反应。
经过底部反应器的处理，原油中的烃分子已经基本完成断裂反应。
此时，转化后的轻质石油产品与废气一同进入冷却装置。
在冷却装置中，石油产品被迅速冷却，使其凝固成液体。
同时，废气中的一些低沸点物质也被冷凝回收。
最终，通过二段转化炉的处理，原油中的重质石油馏分得到了有效转化，生成了大量的轻质石油产品。
这些轻质石油产品包括汽油、柴油、润滑油等，具有较高的市场价值。
此外，通过催化剂的使用，二段转化炉能够提高石油产品的质量，减少有害物质的含量，符合环保要求。
二段转化炉是一种重要的炼油设备，通过加热和催化作用，将原油中的长链烃分子转化为轻质石油产品。
它的原理是在高温下，利用催化剂促使烃分子发生断裂反应。
通过二段转化炉的处理，可以提高石油产品的产率和质量，满足市场需求和环保要求。
试析甲醇装置纯氧二段转化炉在甲醇生产中的作用【摘要】本文首先介绍甲醇装置中纯氧二段转化炉的基本结构、基本工艺流程和开车程序，并在此基础之上分析纯氧二段炉在甲醇生产中的具体作用。
在二段炉当中，烧嘴质量的保证较为关键，这主要是因为烧嘴好坏将直接影响到整个二段炉是否能够正常工作，烧嘴的保护以及整个二段炉的正常使用都需要适宜的温度。
【关键词】二段炉甲醇生产甲醇装置1 甲醇装置当中纯氧二段炉的主要作用纯氧二段炉在甲醇装置当中的应用主要具备以下三个方面的作用：首先就是能够有效消耗多余的氢气，这样就能够保证合成气当中碳氢比达到相对理想的状态；其次就是氢气燃烧所释放的热量能够通过满足热炉天然气转化所需热量来保证其得到充分利用；最后还能够保证一段炉当中残余的甲烷得到进一步的转化。
总而言之，通过上文当中的说明和分析就可以看到，甲醇装置当中的纯氧二段转化炉确实能够通过能耗的降低来保证企业的经营和生产利益。
但与此同时也需要注意，纯氧二段炉的应用同样存在着一定程度的风险，主要体现在烧嘴和燃烧室容易被烧坏，因此在对纯氧二段炉进行利用的过程当中，要在总结经验的基础之上对其加以充分利用。
2 甲醇装置纯氧二段转化炉在甲醇生产中的应用分析2.1 二段炉开车前的准备工作2.1.1烘炉二段炉在开车之前必须要经过一定的预处理，主要包括对耐火衬里的浇筑、烘炉和触媒装填等，在进行上述预处理时很重要的一点就是要按照既定的顺序来进行。
首先需要对二段炉进行单独的烘炉，且烘炉质量必须得到必要的检验和确认，在保证烘炉结果绝无大碍之后方可进行后续处理工序，这主要是因为衬里当中所存在的严重缺陷容易导致二段炉在使用过程当中出现更为严重的问题。
针对于这样一个工序，实际上有更为理想的处理方法，也就是在耐火衬里浇筑完成以后直接装填触媒，其优势就是利用开车过程当中的工艺介质来进行烘炉，这样就能够极大程度的缩短开车时间，存在的问题就是无法对衬里的质量进行必要的检验。
化工装置生产中的纯氧二段炉使用探讨作者：王利军王广伟来源：《科学与信息化》2019年第02期摘要大庆油田化工集团甲醇分公司，由中国成达化学工程公司承担工程设计。
工艺采用的是上海国际化建工艺生产技术，即以天然气为原料、一段蒸汽转化、压缩、25MPa高压合成、双塔精馏制甲醇的生产路线。
为提高工艺技术水平、降低能耗，装置经过不断改进完善，现采用纯氧二段炉、蒸汽透平驱动、低压合成、三塔精馏制取甲醇的生产路线。
扩能改造后的装置生产能力可以达到年产10万吨甲醇。
关键词甲醇；工程设计；天然气1 纯氧二段转化炉的工艺原理纯氧二段转化炉在一段转化炉之后新增加的一套设备，利用高压（2.1MPa）、氧气纯度（O2≥99%）与一段转化炉转化气中的过剩氢气完全燃烧产生的热量和水蒸气，在二段转化炉中的催化剂作用下，进一步对一段转化炉出口气体中的残余甲烷及另一股40%原料气天然气进行转化。
二段转化炉注入高纯度氧气的主要作用是：①是消耗掉一段转化气中多余的氢气，减少进入合成系统的惰性气体组分量，有利于甲醇合成的正反应，从而提高合成率；②燃烧放出的热量满足部分新鲜原料气天然气转化所需要的热量，同时产生蒸汽供动力装置使用，降低装置的能耗、物耗；③能减少弛放气的排放量。
纯氧二段转化炉其主要的化学反应如下：2 纯氧二段炉转化炉的应用效果2.1 纯氧二段炉与一段炉的差异一段炉在使用过程中存在以下问题：（1）长期使用炉管易老化蠕变，易损坏炉管；（2）操作上时刻对火嘴燃烧情况进行监控，火嘴燃烧不好，造成炉管局部过热，易损坏炉管。
（3）在开停工过程中或装置负荷发生剧烈变化时，一段炉上、下尾管易发生泄漏；（4）烧嘴长期使用易导致烧嘴积碳，清洗工作非常繁重，烧嘴积碳还会引起燃烧紊流和舔管现象发生，造成管壁局部超温；（5）炉管在更换催化剂时，费时、费力。
一段转化炉炉管多、管径细，在更换催化剂时，需将每根管内催化剂抽出，在经过空管测量压差，检查是否有堵塞现象才能装填新催化剂。
两段式煤气炉冷净煤气站工程两段式煤气炉冷净煤气站工程随着人民生活水平的提高，人们对工业和生活设备的要求也越来越高。
现在，随着科学技术的迅速发展，许多传统产业都在进行技术革新升级。
在这其中，煤气炉行业也不例外。
煤气炉是一种重要的加热设备，在工业、冶金、化工、冶炼、机械加工等领域都有着广泛的应用。
随着环保意识的提高，传统的煤气炉出现了一些弊端，比如排放物污染严重。
为了解决这些问题，近年来，研发出了两段式煤气炉和冷净煤气站。
本文将对这些新型设备进行详细介绍。
一、两段式煤气炉两段式煤气炉是一种高效燃烧设备，与传统的煤气炉相比，它有着显著的优势。
传统的煤气炉是通过与空气混合并点燃，然后在炉内进行燃烧。
这样的燃烧方式存在两个问题：一是难以完全燃烧，二是会产生大量的烟尘和有害物质。
两段式煤气炉通过将燃烧分成两个阶段来解决这些问题。
在第一阶段，煤气燃烧在一个燃烧室内，产生高温高压的炉内煤气。
而在第二阶段，炉内煤气在另一个物理过程中进行燃烧，这个物理过程通常是在一个石墨芯管中，这个过程成为热解。
热解可以将炉内煤气中的杂质完全燃烧掉，同时可以极大地降低燃烧产生的有害物质的排放。
此外，两段式煤气炉还具有以下优势：1.节约能源：两段式煤气炉采用高温高压的燃烧方式，能够有效的利用煤气燃烧产生的热能，大大提高了燃烧效率，从而实现了节能目标。
2.生产效率高：两段式煤气炉的高效能使得炉内温度快速升高，相比传统的煤气炉，热但需要的时间更短。
3.环保：两段式煤气炉燃烧效率高，使用的燃料减少，排放的废气和粉尘较少，是一种环保型的设备。
二、冷净煤气站冷净煤气站是为了解决燃烧生产中的环境污染而设计的一种设备。
它能够有效的实现煤气行业的燃料清洁生产，降低有害无用物质对环境的影响。
冷净煤气站有以下几个主要功能：1. 生产低污染的煤气。
在物料进入冷净煤气站之后，先进行粉碎、分级等处理，然后使用高温高压的方法完全燃烧污染物，保证产出的煤气热值高且污染少。
二段转化炉超温问题的分析与治理郭伟占（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯 ０１７２０９） 摘 要：一套由合成氨装置搬迁改造的天然气制氢装置中，二段转化炉由于材质劣化进行了设备整体更新，而新设备在运行中发生了超温现象。
本文对该设备运行中出现的问题进行了总结，通过分析人孔结构和衬里厚度找出了超温的原因；详细描述了改造措施，并对改造方案中的刚玉＋氧化铝空心球的衬里结构和厚度进行了核算；最后在实际的性能考核中验证了改造的成功。
本文为由衬里问题导致的设备超温问题提供了解决思路。
关键词：二段转化炉；超温；衬里改造 中图分类号：ＴＱ５１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０２０）０１—００６６—０４ 中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司的天然气制氢装置是一套搬迁利旧装置。
该装置的大部分设备均为１９７０年代美国凯洛格公司合成氨工艺设备，其中的一台二段转转化炉在多年的使用过程中发生了超温，导致材质发生珠光体球化现象［１］。
２０１８年对该设备进行了整体更换。
但是在后续的运行过程中发生了超温现象。
经过一系列改造，最终成功的消除了缺陷，设备得以安全稳定运行。
１ 更换新设备后出现的问题２０１８年年初，该装置利用停工检修完成了对旧设备的拆除和新设备的安装。
新设备运行后，主要出现了以下问题。
１．１ 水夹套液体夹带由于衬里隔热效果未能达到设计要求，导致夹套内循环冷却水沸腾，而夹套顶部空间狭小，分离效果差，导致蒸汽放空口带水严重。
１．２ 水夹套焊缝开裂在同类设备水夹套的设计中，均无硬性规定要求水夹套制造完毕后进行水压试验，而只是要求盛水试漏。
因此，一般制造厂对水夹套的焊接质量执行了最低标准。
在设备运行过程中，夹套内水蒸汽如果不能及时排出就会在局部产生压力，水夹套的焊缝就会频繁泄漏。
１．３ 上部人孔超温该设备采用上下双人孔结构，其中上部人孔法兰的颈部以及法兰盖在设备运行过程中一直处于高温状态，在一次高负荷运行过程中对该区域使用红外线测温仪测得最高温度达到了４８７℃，严重威胁设备运行安全。
一段、二段转化炉筑炉施工工艺标准1 适用范围本施工工艺标准适用于石油化工工程的传统型以及新型一段、二段转化炉筑炉施工。
一段转化炉是大型合成氨生产装置的关键设备之一。
传统的筑炉施工中，一般都统一用耐火砖和耐火浇注料作为内衬材料，近几年炉体衬里结构型式发生了较大的变化，尤其是辐射段，不再使用传统的保温板和高铝隔热耐火砖的复合结构，而统一使用陶瓷纤维模块作为衬里层。
图1（1） 一段转化炉平面以产量45万吨/年合成氨为例： 一段转化炉的主要砌筑材料见表1（1）与一段转化炉一样，二段转化炉也是大型合成氨生产装置中的重要设备。
其型式为立式圆筒形容器，由筒体、颈部、连接接头，底部支承拱等三部分组成。
通常选用耐火度高、组织致密均匀、线变化小、化学稳定性好的低硅纯铝酸钙水泥耐火浇注料作为衬里材料。
烟道对流段过渡段辐射段二段炉输气总管图为一座外直径4100mm的二段转化炉。
筒体内衬为纯铝酸钙水泥重质耐火浇注料，厚度267～305mm；颈部和连接管道的内衬为氧化铝空心球轻质耐火浇注料；底部球拱顶由异型低硅钢玉砖砌筑，用作支承触媒用。
触媒层的上部有一层低硅刚玉六角砖，作为触媒保护层。
二段转化炉的主要砌筑材料见表1（2）2 施工准备2.1 技术准备2.1.1 施工技术资料2.1.1.1 设计图纸2.1.1.2 施工方案2.1.1.3 筑炉手册冶金工业出版社 2002.62.1.2 现行标准、规范2.1.2.1 GB50211《工业炉砌筑工程施工及验收规范》2.1.2.2 GB50309《工业炉砌筑工程质量检验评定标准》2.1.2.3 GB50273《工业锅炉安装工程施工及验收规范》2.1.2.4 SH3505《石油化工施工安全技术规程》2.1.2.5 YB/T118《耐火材料气孔孔径分析试试验验方法》2.1.2.6 JGJ130、J84《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》2.1.2.7 YB/T5083《粘土质和高铝质致密耐火浇注料》2.1.2.8 GB/T10326《耐火制品尺寸，外观及断面的检查方法》2.1.2.9 GB/T2992《通用耐火砖形状尺寸》2.1.2.10 GB/T7322《耐火材料耐火度试验方法》2.1.2.11 GB/T17106《耐火材料导热系数试验方法》2.1.2.12 GB/T5071《耐火材料真密度试验方法》2.1.2.13 GB/T2988《高铝砖》2.1.2.14 GB/T2994《高铝质耐火泥浆》2.1.2.15 GB／T17105《致密定型耐火制品分类》2.1.2.16 CECS27《工业炉水泥耐火浇注料冬期施工技术规程》2.1.2.17 YB／T114《硅酸铝质隔热耐火泥浆》2.1.2.18 GB／T10325《耐火制品堆放、取样、验收、保管和运输规程》2.1.2.19 GB/T17195《工业炉名词术语》2.1.2.20 GB／T10324 《耐火制品的分型定义》2.1.2.21 GB8356《优质高铝矾土熟料》2.1.2.22 GB3712《粘土质和高铝质耐火浇注料》2.1.2.23 GB12268《危险货物品名表》2.1.2.24 GB18596《危险废物贮存污染控制标准》2.1.2.25 GB14444GB13690《常用危险化学品的分类及标志》2.1.2.26 GB5044《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定》2.1.2.27 GB18599 《职业性接触毒物危害程度分级》2.1.2.28 《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》2.1.2.29职业健康安全管理体系180002.1.2.30环境管理体系ISO140012.2 作业人员2.2.1 所有参加筑炉施工人员都要经过专业操作培训，特殊工种持证上岗。
![一种合成氨直接转化系统二段转化炉[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/d049fddbb90d6c85ed3ac646.png)
专利名称：一种合成氨直接转化系统二段转化炉专利类型：实用新型专利
发明人：王紫木,杨先林
申请号：CN201420741691.6
申请日：20141202
公开号：CN204400607U
公开日：
20150617
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种合成氨直接转化系统二段转化炉，属于合成氨设备及技术领域；所述二段转化炉包括炉体，所述炉体内的底部设置有栅格的笼体，所述笼体上边缘与炉体内壁相贴，笼体外壁与炉体内壁间设置有集气环腔，炉体的出气口开设于集气环腔所在炉体侧壁；本实用新型的合成氨直接转化系统二段转化炉构思巧妙、结构科学，克服了传统耐火砖砌成的拱形结构需要承受炉体内耐火球和催化剂全部重量的缺点，避免了长期高温下拱形结构垮塌的风险，提高了炉体运转的可靠性，同时笼体下段的直径小于炉体内壁直径而与炉体间形成集气环腔，使得炉体催化剂层内的气流分布均匀，保证了气体有效通径，降低气体阻力，避免催化原料气偏流，保证催化剂的使用率。
申请人：四川绵竹川润化工有限公司
地址：618200 四川省德阳市绵竹市城南高尊市
国籍：CN
代理机构：成都九鼎天元知识产权代理有限公司
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一段、二段转化炉筑炉施工工艺标准1 适用范围本施工工艺标准适用于石油化工工程的传统型以及新型一段、二段转化炉筑炉施工。
一段转化炉是大型合成氨生产装置的关键设备之一。
传统的筑炉施工中，一般都统一用耐火砖和耐火浇注料作为内衬材料，近几年炉体衬里结构型式发生了较大的变化，尤其是辐射段，不再使用传统的保温板和高铝隔热耐火砖的复合结构，而统一使用陶瓷纤维模块作为衬里层。
图1（1） 一段转化炉平面以产量45万吨/年合成氨为例： 一段转化炉的主要砌筑材料见表1（1）与一段转化炉一样，二段转化炉也是大型合成氨生产装置中的重要设备。
其型式为立式圆筒形容器，由筒体、颈部、连接接头，底部支承拱等三部分组成。
通常选用耐火度高、组织致密均匀、线变化小、化学稳定性好的低硅纯铝酸钙水泥耐火浇注料作为衬里材料。
烟道对流段过渡段辐射段二段炉输气总管图为一座外直径4100mm的二段转化炉。
筒体内衬为纯铝酸钙水泥重质耐火浇注料，厚度267～305mm；颈部和连接管道的内衬为氧化铝空心球轻质耐火浇注料；底部球拱顶由异型低硅钢玉砖砌筑，用作支承触媒用。
触媒层的上部有一层低硅刚玉六角砖，作为触媒保护层。
二段转化炉的主要砌筑材料见表1（2）2 施工准备2.1 技术准备2.1.1 施工技术资料2.1.1.1 设计图纸2.1.1.2 施工方案2.1.1.3 筑炉手册冶金工业出版社 2002.62.1.2 现行标准、规范2.1.2.1 GB50211《工业炉砌筑工程施工及验收规范》2.1.2.2 GB50309《工业炉砌筑工程质量检验评定标准》2.1.2.3 GB50273《工业锅炉安装工程施工及验收规范》2.1.2.4 SH3505《石油化工施工安全技术规程》2.1.2.5 YB/T118《耐火材料气孔孔径分析试试验验方法》2.1.2.6 JGJ130、J84《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》2.1.2.7 YB/T5083《粘土质和高铝质致密耐火浇注料》2.1.2.8 GB/T10326《耐火制品尺寸，外观及断面的检查方法》2.1.2.9 GB/T2992《通用耐火砖形状尺寸》2.1.2.10 GB/T7322《耐火材料耐火度试验方法》2.1.2.11 GB/T17106《耐火材料导热系数试验方法》2.1.2.12 GB/T5071《耐火材料真密度试验方法》2.1.2.13 GB/T2988《高铝砖》2.1.2.14 GB/T2994《高铝质耐火泥浆》2.1.2.15 GB／T17105《致密定型耐火制品分类》2.1.2.16 CECS27《工业炉水泥耐火浇注料冬期施工技术规程》2.1.2.17 YB／T114《硅酸铝质隔热耐火泥浆》2.1.2.18 GB／T10325《耐火制品堆放、取样、验收、保管和运输规程》2.1.2.19 GB/T17195《工业炉名词术语》2.1.2.20 GB／T10324 《耐火制品的分型定义》2.1.2.21 GB8356《优质高铝矾土熟料》2.1.2.22 GB3712《粘土质和高铝质耐火浇注料》2.1.2.23 GB12268《危险货物品名表》2.1.2.24 GB18596《危险废物贮存污染控制标准》2.1.2.25 GB14444GB13690《常用危险化学品的分类及标志》2.1.2.26 GB5044《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定》2.1.2.27 GB18599 《职业性接触毒物危害程度分级》2.1.2.28 《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》2.1.2.29职业健康安全管理体系180002.1.2.30环境管理体系ISO140012.2 作业人员2.2.1 所有参加筑炉施工人员都要经过专业操作培训，特殊工种持证上岗。
基于数据背景下分析甲烷蒸汽转化装置纯氧二段转化炉氧气烧嘴运行中出现的问题摘要以国电赤峰化工有限公司净化分场甲烷转化装置为例，总结了由于二段转化炉氧气烧嘴在使用过程中出现的损坏而引发的一系列问题，提出了解决办法，针对这些问题优化工艺操作。
关键词氧气烧嘴；二段转化炉；催化剂前言甲烷蒸汽转化主要是将高组分的甲烷馏份通过高温加氢催化转化，来实现制氢的目的。
国电赤峰化工3052项目合成氨装置采用碎煤加压气化粗煤气中甲烷含量15%～16%，从整体工艺角度和节约成本考虑，这部分甲烷占有系统总负荷的30%必须回收利用。
1 甲烷蒸汽转化工艺流程及运行情况简介来自液氮洗装置的富甲烷气提压后，经过预热后，进行加氢处理，然后再经加热炉提温进入一段转化炉、二段转化炉进行甲烷转化反应，出口高温气体回收热量后，进入中变炉进行一氧化碳变换，回收热量、冷却降温之后，送低温甲醇洗装置脱除二氧化碳[1]。
国电赤峰化工有限公司投产甲烷转化装置运行一年的过程中，因氧气烧嘴泄漏引发一系列问题。
为后续系统长周期稳定运行带来的障碍，通过查阅资料和不断摸索，分析出了问题所在，现就期间发生的事故及解决办法总结如下，以供参考。
2 存在问题及处理措施随着系统原料气负荷增加至17000m3/h，二段转化炉压差逐渐上涨0.16～0.18MPa，2013年4月下旬系统二段转化炉压差0.25～0.28MPa。
经查阅资料可知，二段转化炉催化剂下部支撑使用的为球形拱砖堆砌而成，与设计院专业技术人员咨询，系统压力在3.0MPa时球拱可承受最大压差0.25MPa，否则有垮塌的危险，系统被迫停车检修，二段转化炉封头打开后现场检查发现烧嘴下部、焊口开裂，底部有裂纹。
二段转化炉内上部钢玉六角砖向周边散开、疏松、孔眼堵、炉内浇筑料出现龟裂。
上部Φ25钢玉球基本全部破损。
Z205催化剂部分破碎变白、内环堵塞的现象。
上部CN-20催化剂有轻微粘连现象部分破损。
下部CN-20催化剂粘连现象比较严重、破损严重。
甲醇装置中纯氧二段炉的应用【摘要】根据大庆甲醇装置中纯氧二段炉的设计，对设计过程中的核心问题加以说明论述。
由于该纯氧二段炉投用后取得很大成功，起到了良好示范作用，在后来的其它甲醇装置中也同样采用了纯氧二段炉，并运行良好【关键词】纯氧二段炉；燃烧室；耐火衬里；纯氧烧嘴1 甲醇概述甲醇是最简单的饱和醇，但是却含有羟基OH 和甲基CH3 两种功能基团。
因为它含有羟基，所以具有醇类的典型反应；又因为它含有甲基，所以又能进行甲基化反应。
因此，甲醇在工业上有着十分广泛的应用，是极为重要的有机化工原料，是碳一化工的基础产品。
2 纯氧二段炉二段转化炉由于其特殊性（炉内发生燃烧反应，内置触媒，外置水夹套，内部有耐火衬里），其结构设计比较复杂。
在2000年以前二段转化炉仅在合成氨装置中使用，而在甲醇装置中尚未使用过。
合成氨装置中二段转化炉与一段转化炉共同完成制氢的功能，并且二段转化炉的加入可使一段转化炉的热负荷降低，操作工况更温和些。
合成氨装置中由于二段转化炉内通入空气与转化气燃烧，因此并不被称为纯氧二段炉。
甲醇装置的转化造气工序的主要造气设备通常只需蒸汽转化炉一台反应设备即能满足整个装置的造气功能。
其造气生成的H2、CO、CO2经压缩后直接送往合成工序进行反应，以生成甲醇，其流程相对较短，也节省了投资。
因此在2000年前的甲醇装置中，无论是引进的还是国产的装置，都不设置二段转化炉。
2000年时大庆油田甲醇厂在原有甲醇装置生产能力为6万吨/年的基础上对装置进行增产节能改造，改造后的精甲醇产量达到10万吨/年所谓纯氧转化就是在二段炉中通入纯氧（而非合成氨装置中所加入的空气）。
纯氧与一段炉来的转化气在温度约600℃时自然燃烧，由来自一段炉的H2与O2反应产生大量的热量、H2O及CO，同时与一段炉中未反应完全的CH4一起在催化剂的作用下再生成H2、CO和CO2。
由于反应温度高，H2、CO和CO2 的生成率也很高，出口残余甲烷含量很低，使得装置的总产量提高。
13. 二段转化炉筑炉施工方案及总结目录1. 工程概况 (1)2. 编制依据 (2)3. 施工工艺程序 (2)4. 施工方法、技术措施 (3)5. 施工进度计划 (9)6. 质量保证措施及控制点设置 (9)7. 施工平面布置 (11)8. 劳动力使用计划 (12)9. 施工机具、计量器具及施工技术措施用料计划 (12)10. 职业安全卫生与环境管理 (12)11. 文明施工措施 (13)12. 附表及附图 (13)附表1：耐火材料的安装记录 (14)附表2：施工进度计划 (15)附表3：A（R）、B（R）、C（R）质量控制设置点 (16)附表4：二段转化炉砌筑允许偏差 (16)附表5：管理人员一览表 (16)附表6：劳动力需用量计划一览表 (17)附表7：主要施工机具设备需用量计划表 (17)附表8：主要计量器具需用量计划表 (17)附表9：施工技术措施用料计划表 (18)附图1：二段炉衬里结构图 (20)附图2：二段炉模板安装示意图 (21)附图3：二段炉浇注示意图 (22)附图4：过渡件的衬里浇注示意图 (23)附图5：球拱砖及球拱胎立面图 (24)附图6：球拱胎平面图 (24)附图7：1号拱胎图 (25)附图8：2号拱胎图 (26)附图9：3号拱胎图 (27)附图10：拱胎支架平面图 (28)附图10：拱胎支架立面图 (29)附图11：施工平面布置 (30)13. 二段转化炉筑炉施工方案的总结 (31)二段转化炉筑炉施工方案1.工程概况1.1工程简介：中海油天然气化肥项目合成氨装置位于海南省东方市工业开发区内，建设单位为中国海洋石油化学有限公司，整个装置引进美国KBR公司的技术，二段转化炉的设计图纸和相关技术资料由KBR公司提供，北京华旭监理公司负责现场监理工作，中国化学工程第三建设公司承担该装置的施工任务。
1.2二段转化炉简介：二段转化炉是大型合成氨生产装置中的重要设备。
其生产工艺过程是原料气经过一段转化炉转化后，含残余甲烷的转化气由输气总管沿切线方向进入二段转化炉上部筒体，同时加入一定量的空气，使反应气体在较高温度下通过镍铬触媒层进一步转化，气体经球拱顶从下部出口管进入余热锅炉，从而制得符合要求的合成气。
《化
工设备与管道》
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2009全国石油化工设备暨设备网年会会刊
・技术交流・
浅谈二段转化炉的设计
张君, 毛先胜
(东华工程科技股份有限公司设备室)
二段转化炉是在以天然气、焦炉气或炼厂气等为原料生产甲醇、氢气、合成氨等装置中完成碳氢化合物蒸汽转化反应的核心设备之一,根据转化反应工艺和生产能力及设备制造能力的需要,有的装置采用一段蒸汽转化炉+二段转化炉的转化工艺,有的装置单独采用一段蒸汽转化炉或二段转化炉的转化工艺,具体采用哪种转化工艺由项目根据实际情况确定。
由于二段转化炉的工作环境非常恶劣,无催化剂的部分氧化转化反应的最高温度常常是在1450～1600℃左右。
工作压力较低,一般在0.6～
0.8M Pa 左右;有催化剂的部分氧化转化反应的最高温度常常是在1350～1450℃左右,工作压力较高,一般在1.9～3.5MPa 左右。
仅从温度和压力这两个条件就可看出二段转化炉的工作特点,再加上纯氧(或富氧)的进入,使得它的操作工况非常危险,因此二段转化炉的安全运行对整个生产装置来说是至关重要。
为保证安全,二段转化炉设有非常复杂的安全联锁装置。
尽管如此,二段转化炉开车时仍然需要所有人员撤离操作现场,待烧嘴正常点燃、温度正常后才能到现场查看。
因此二段转化炉的设计一直受到大家的高度重视。
二段转化炉分类有以下几种分类方式:从有无催化剂来分,可以将二段转化炉分为非催化二段转化炉和有催化二段转化炉;从助燃剂是否为纯氧,可将二段转化炉分为纯氧转化炉和富氧转化炉;从有无水夹套,可将二段转化炉分为带水夹套二段转化炉和无水夹套二段转化炉。
是否采用纯氧作为助燃剂主要看转化反应所需要的温度、转化烧嘴的自身性能及催化剂特性。
非催化转化的二段转化炉一定要采用纯氧作为助燃剂。
合成氨装置的二段转化炉多为富氧(富氧空气)转化炉,以天然气为原料的甲醇装置的二段转
化炉多为纯氧转化炉;以焦炉气为原料的甲醇装置的二段转化炉有采用纯氧作为助燃剂的,也有采用富氧作为助燃剂的,主要看转化烧嘴的自身性能,进口烧嘴一般多用纯氧作为助燃剂,国产烧嘴一般多用富氧(蒸汽+纯氧)作为助燃剂。
如本公司设计的某焦炉气制甲醇装置的二段转化炉和某天然气制200kt/a 甲醇项目中的二段转化炉中心烧嘴均是引
进国外某公司,此烧嘴自身的性能优越,在高温下不需要通蒸汽保护可以安全运行约5年;而新疆某焦炉煤气综合利用项目的二段转化炉的中心烧嘴采用国内某公司的产品,由于烧嘴不能保证在无蒸汽保
护下安全运行,所以采用富氧作为助燃剂。
我公司设计的二段转化炉有以下几种形式:(1)内蒙古某天然气制1000kt/a 甲醇项目中
的一套装置采用一段蒸汽转化炉+二段转化炉的转化工艺,此二段转化炉的壳体为二手设备,内衬是由我公司设计,国内施工。
此二段转化炉中心烧嘴采用纯氧作为助燃剂,外部无水夹套,主要通过转化炉外壳上的变色漆的变化来确定内衬是否完好,是否
有超温现象,目前已投料生产两年多。
(2)某焦炉气制甲醇装置和某天然气制200kt/a 甲醇项目二段转化炉的中心烧嘴采用纯氧作为助燃剂,外部设有水夹套,主要通过夹套内的水的蒸发量是否超标来确定内衬是否完好,是否有超温现象,目前天然气制甲醇项目二段转化炉已经投料
生产。
(3)某50kt/a TDI 工程制氢装置的二段转化炉中心烧嘴采用纯氧作为助燃剂,外部无水夹套,主要通过外壁布置的测温热电偶输出的温度高低来确定内衬是否完好,是否有超温现象,目前已经投料生产。
此转化炉内部无催化剂,属无催化部分氧化,是我公司做的第一套无催化部分氧化二段转化炉。
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2009《化工设备与管道》增刊一
・技术交流・
(4)新疆某焦炉煤气综合利用项目合成氨装置的二段转化炉中心烧嘴采用富氧作为助燃剂,外部
有水夹套,主要通过夹套内的水的蒸发量是否超标来确定内衬是否完好,是否有超温现象,目前正在制造中。
二段转化炉的设计可分为外部受压壳体的设计和内部内衬的设计。
在设计中主要需要注意以下问题。
1 转化炉受压壳体的设计
转化炉受压壳体的几何尺寸一般是根据工艺条
件确定,在审查工艺条件时要注意中心烧嘴端部与催化剂床层的距离,以防火焰烧到催化剂,烧坏催化剂。
以富氧和纯氧作为助燃剂时,对中心烧嘴端部与催化剂床层的距离要求是不同的。
纯氧作为助燃剂时中心烧嘴端部与催化剂床层的距离要比以富氧作为助燃剂的大2m 左右。
催化剂的装填量一定时,转化炉筒体直径和高
度关系到催化剂床层的阻力降、转化气在催化剂床层的停留时间和催化剂下部球拱的受力。
转化炉壳体的设计计算是常规的压力容器设计计算,可以用S W 6的计算模型按塔设备进行计算。
设计温度、设
计压力等参数是根据工艺条件和相关规范确定,并将催化剂和内衬等载荷按照填料或折算成集中载荷输入,同时应特别注意工艺气进口管道和转化气废热锅炉对转化炉的力和合力矩的作用。
由于工艺气进转化炉温度一般在450～650℃,工艺管道对转化炉有比较大的外力和力矩,转化炉壳体设计计算中应把此力和力矩考虑进去。
转化气出口直接与转化气废热锅炉相连。
转化气废锅外壁250～300℃左右,长12000～15000mm,工作时有较大的热膨胀量(36～45m m),转化气废锅工作时要位移,反过来给二段转化炉一个反作用力(300000～50000N),对筒体与裙座的焊接接头及基础有个横向力和弯矩,这个力比较大,计算时必须考虑进去。
同时还应对此处进行局部应力计算,核算开孔处局部应力满足要求。
2 转化炉内衬的设计
转化炉内衬的设计主要是根据温度参数和所配置的内衬材料的导热系数和厚度进行传热计算,计算出外壁温度,以验证所选取的内衬材料和厚度是
否合适。
目前我公司所做过的二段转化炉的内衬结构有三种:无催化剂的转化炉采用三层砖结构;以纯氧作为助燃剂的转化炉采用一层砖+两层浇注料结构;以富氧作为助燃剂的转化炉采用两层浇注料结构。
无催化剂的转化炉下部不需要球拱,有催化剂的转化炉下部需要设有支撑催化剂的球拱,球拱除了要耐高温外还要支撑数十吨重的催化剂和球拱上下的操作压差。
国内二段转化炉曾经发生过多次球拱坍塌事故,因此球拱的材料、结构、拱高和开孔率非常重要。
球拱因其所处的工作环境温度为～1000℃,工作环境为还原性气氛,其材料必须选择低硅重质刚玉砖,其Al 2O 3的含量≥99%,S iO 2的含量≤0.15%,Fe 2O 3的含量≤0.1%。
从球拱的受力来
看,拱的跨度越大,曲率半径越大,其受力状况越差,越容易坍塌,因此设计时尽量选择跨度较小的拱,可以通过调整曲率半径大小来满足要求;球拱的中心角一般为60°和90°,球拱的高为300～320mm 。
二段转化炉筒体的内衬从内到外依次为低硅重质刚玉砖(或低硅重质刚玉浇注料)+氧化铝空心球浇注料+保温隔热浇注料。
二段转化炉的内衬结构直接关系到二段转化炉
的安全稳定运行,目前三种内衬结构的二段转化炉都有开车的,但采用砖结构的开车时间都不长。
据反映由于焦炉气装置开车阶段操作非常不稳定,时开时停,转化炉内温度一会高达1450℃,一会是
300℃左右,造成刚玉砖内衬急冷急热,常常发生刚玉砖表面脱皮剥落现象,造成催化剂床层表面盖上一层刚玉砖碎片,加大气体流动阻力。
而低硅重质刚玉浇注料的抗急冷急热能力比低硅重质刚玉砖要好得多,因此现在二段转化炉的内衬大多改为双层
浇注料结构。
二段转化炉的内衬比较特殊,对二段炉的安全稳定运行非常重要,选择合作伙伴时一定要选择那些具有业绩支撑的专业耐火材料生产厂家。
由于内衬的施工决定内衬的质量,二段炉的内衬又有许多独特的特点,最好由耐火材料生产厂家完成筑炉比较理想。
内衬施工自然干燥后的一定时间内应该进行烘炉,特别是对一些冬季会结冰的地方更应在气温降到5℃以下之前烘炉。
烘炉应严格按照制定好的烘炉曲线进行,避免温度升高或下降过快,造成对转化炉内衬的损坏。
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