一种多烧嘴自热式转化炉和转化系统的制作方法

本技术涉及转化炉相关，具体涉及一种多烧嘴自热式转化炉和转化系统。

背景技术：

1、atr是自热式转化炉（autothermal reformer）的英文缩写，近年来atr技术被广泛应用于大型甲醇、合成氨及制氢装置，适用于天然气、焦炉煤气、富甲烷气等多种气态烃（甲烷含量从10%~100%）生产有效气体co跟h2。

2、在一定温度和压力条件下，气态烃与通过烧嘴喷出的纯氧在转化炉上部主要发生燃烧放热反应，为甲烷的催化转化提供热量；转化炉下部装有催化剂，原料气中的甲烷与水蒸气在催化剂作用下发生自热转化反应。

3、转化炉上部发生的部分氧化反应：

4、ch4+o2co+2h2 △h=﹣35.7kj/mol；

5、h2+o2h2o △h=﹣241.6kj/mol。

6、转化炉下部发生的催化转化反应：

7、ch4+h2oco+3h2 △h=206.3kj/mol；

8、co+h2oco2+h2 △h=﹣41.3kj/mol。

9、烧嘴对转化炉内的反应效果影响巨大，是核心设备之一。现有的atr转化炉只设置了单台顶部烧嘴，处理能力有限，当处理较大原料气量工况时，会出现原料气与氧气混合不均、炉膛温度分布不均、烧嘴局部过热造成烧蚀等问题，过长的火焰还严重影响催化剂工作寿命。

10、为了提高转化炉的处理能力，采用多支烧嘴是一种理想的技术方向。多烧嘴转化炉工况不同于单烧嘴，需要解决的技术问题有：1、采用多支烧嘴后，由于火焰直径变大，转化炉燃烧反应段炉壁因工作温度大幅度增高，导致耐火砖扛不住高温而龟裂。2、为提高耐火砖的使用寿命，在提高耐火砖铝含量的同时，增加炉膛直径，这样通过减小火焰面与炉壁的距离来降低炉壁的实际工作温度。但这种设计带来了新的问题，由于炉膛直径增大，原料气炉膛流速降低，原料气与氧气的混合效率降低，火焰拉长，导致进入催化剂床层的转化气温度分布十分不均，严重影响催化剂寿命以及催化转化效率。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种多烧嘴自热式转化炉和转化系统，能够合理地确定炉膛直径、烧嘴数量、烧嘴流速与原料气处理量之间的技术特性，以此指导转化炉的设计工作，最大程度控制设备的生产制造成本。

2、本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：本实用新型提供了一种多烧嘴自热式转化炉，包括炉体和至少两个烧嘴，所述炉体内设有催化剂床层，所述炉体上部侧壁上设有原料气入口，所述炉体下部侧壁上设有转化气出口；至少两个所述烧嘴呈圆周状均匀排布且穿设固定在所述炉体的顶部，所述烧嘴的下端相互靠拢，所有烧嘴的中心轴线与所述炉体的中心轴线交汇于同一点，所述烧嘴的中心轴线与所述炉体的中心轴线之间的夹角为1°~10°，所述烧嘴的下端与所述催化剂床层之间的距离为4~6m。

3、本实用新型的有益效果是：本实用新型的多烧嘴自热式转化炉具有单炉处理能力大、物料混合均匀度高、炉膛温度分布均匀、负荷调节灵活、烧嘴使用寿命长等优点，本实用新型可以有效解决atr转化炉大型化的相关技术问题。

4、在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

5、进一步，所述炉体内设有水平布置的分布器，所述分布器固定在所述原料气入口下方的炉体内侧壁上，所述烧嘴的下端贯穿所述分布器布置。

6、采用上述进一步方案的有益效果是：通过在炉体内设置水平布置的分布器，能够使原料气在炉体的炉膛轴向和径向都可以实现均匀分布。

7、进一步，所述分布器为圆筒状壳体结构，所述分布器轴向的两端分别设有第一板体和第二板体，所述第一板体和第二板体间隔布置，所述第一板体上开设有多个第一通孔，所述第二板体上开设有多个第二通孔，多个所述第一通孔和多个所述第二通孔在所述分布器的轴向上错位布置。

8、采用上述进一步方案的有益效果是：烧嘴配置了分布器，分布器采用一种圆筒中空结构，分布器上端和下端分别设置若干通孔，上端通孔与下端通孔错开一定角度，这种结构可使得原料气进入转化炉后先经过分布器上端进行整流，进入分布器内腔后再经过分布器下端通孔再次整流，原料气在炉膛轴向以及径向都可实现均匀分布，工艺气进入催化剂床层的温度分布非常均匀。

9、进一步，所述第一通孔的直径为5mm~20mm，所述第二通孔的直径为5mm~20mm。

10、进一步，所述烧嘴的数量不大于3个时，所述烧嘴的下端与所述催化剂床层之间的距离为4~5m；所述烧嘴的数量大于3个时，所述烧嘴的下端与所述催化剂床层之间的距离为5~6m。

11、采用上述进一步方案的有益效果是：根据原料气处理量，合理确定烧嘴数量、烧嘴与催化剂床层之间的距离等参数，可保证转化炉燃烧段有足够的燃烧与混合空间，避免火焰舔烧催化剂造成损坏的情况，保证转化炉高效工作的同时，设备生产制造成本得到合理控制。

12、进一步，所述炉体的外侧壁上设有水冷夹套，所述水冷夹套上设有冷却水入口和蒸汽排放口。

13、进一步，所述炉体的内侧壁上设有耐火衬里。

14、本实用新型还提供了一种转化系统，包括如上所述一种多烧嘴自热式转化炉，还包括原料气管线、转化气管线、保护蒸汽总管线、氧气总管线、保护蒸汽分支管线和氧气分支管线，所述氧气总管线通过至少两根氧气分支管线与所述至少两个烧嘴上端连接且连通，所述保护蒸汽总管线分别与至少两根保护蒸汽分支管线连接且连通，至少两根保护蒸汽分支管线与至少两根氧气分支管线一一对应连接且连通；所述原料气管线与所述原料气入口连接且连通，所述转化气管线与所述转化气出口连接且连通。

15、本实用新型的有益效果是：本实用新型的转化系统，可以根据原料气处理量，合理确定烧嘴数量、烧嘴流速、烧嘴与催化剂床层之间的距离等参数，可保证转化炉燃烧段有足够的燃烧与混合空间，避免火焰舔烧催化剂造成损坏的情况，保证转化炉高效工作的同时，设备生产制造成本得到合理控制。本实用新型的转化系统，通过合理地确定炉膛直径、烧嘴数量、烧嘴流速与原料气处理量之间的技术特性，以此指导转化炉的设计工作，最大程度控制设备的生产制造成本。

16、进一步，所述氧气总管线上沿氧气输送方向依次设有冷氧切断阀、冷氧放空管路、冷氧调节阀、氧气预热器、第一热氧放空管路、第一热氧切断阀和第二热氧放空管路，所述冷氧放空管路上设有冷氧放空阀，所述第一热氧放空管路上设有第一热氧放空阀，所述第二热氧放空管路上设有第二热氧放空阀。

17、采用上述进一步方案的有益效果是：不仅可以方便精确地调整纯氧输送量，同时在在转化炉联锁停车时，氧气能够及时切断并被排空，保证转化炉运行时的安全及可靠。

18、进一步，每根所述氧气分支管线上均设有第二热氧切断阀，每根所述保护蒸汽分支管线上均设有保护蒸汽调节阀。

1.一种多烧嘴自热式转化炉，其特征在于，包括炉体和至少两个烧嘴，所述炉体内设有催化剂床层，所述炉体上部侧壁上设有原料气入口，所述炉体下部侧壁上设有转化气出口；至少两个所述烧嘴呈圆周状均匀排布且穿设固定在所述炉体的顶部，所述烧嘴的下端相互靠拢，所有烧嘴的中心轴线与所述炉体的中心轴线交汇于同一点，所述烧嘴的中心轴线与所述炉体的中心轴线之间的夹角为1°~10°，所述烧嘴的下端与所述催化剂床层之间的距离为4~6m。

2.根据权利要求1所述一种多烧嘴自热式转化炉，其特征在于，所述炉体内设有水平布置的分布器，所述分布器固定在所述原料气入口下方的炉体内侧壁上，所述烧嘴的下端贯穿所述分布器布置。

3.根据权利要求2所述一种多烧嘴自热式转化炉，其特征在于，所述分布器为圆筒状壳体结构，所述分布器轴向的两端分别设有第一板体和第二板体，所述第一板体和第二板体间隔布置，所述第一板体上开设有多个第一通孔，所述第二板体上开设有多个第二通孔，多个所述第一通孔和多个所述第二通孔在所述分布器的轴向上错位布置。

4.根据权利要求3所述一种多烧嘴自热式转化炉，其特征在于，所述第一通孔的直径为5mm~20mm，所述第二通孔的直径为5mm~20mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述一种多烧嘴自热式转化炉，其特征在于，所述烧嘴的数量不大于3个时，所述烧嘴的下端与所述催化剂床层之间的距离为4~5m；所述烧嘴的数量大于3个时，所述烧嘴的下端与所述催化剂床层之间的距离为5~6m。

6.根据权利要求1至4任一项所述一种多烧嘴自热式转化炉，其特征在于，所述炉体的外侧壁上设有水冷夹套，所述水冷夹套上设有冷却水入口和蒸汽排放口。

7.根据权利要求1至4任一项所述一种多烧嘴自热式转化炉，其特征在于，所述炉体的内侧壁上设有耐火衬里。

8.一种转化系统，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述一种多烧嘴自热式转化炉，还包括原料气管线、转化气管线、保护蒸汽总管线、氧气总管线、保护蒸汽分支管线和氧气分支管线，所述氧气总管线通过至少两根氧气分支管线与所述至少两个烧嘴上端连接且连通，所述保护蒸汽总管线分别与至少两根保护蒸汽分支管线连接且连通，至少两根保护蒸汽分支管线与至少两根氧气分支管线一一对应连接且连通；所述原料气管线与所述原料气入口连接且连通，所述转化气管线与所述转化气出口连接且连通。

9.根据权利要求8所述一种转化系统，其特征在于，所述氧气总管线上沿氧气输送方向依次设有冷氧切断阀、冷氧放空管路、冷氧调节阀、氧气预热器、第一热氧放空管路、第一热氧切断阀和第二热氧放空管路，所述冷氧放空管路上设有冷氧放空阀，所述第一热氧放空管路上设有第一热氧放空阀，所述第二热氧放空管路上设有第二热氧放空阀。

10.根据权利要求9所述一种转化系统，其特征在于，每根所述氧气分支管线上均设有第二热氧切断阀，每根所述保护蒸汽分支管线上均设有保护蒸汽调节阀。