[发明专利]用于改造二段转化炉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于改造二段转化炉的方法，尤其但不限于二段转化炉，该二段转化炉包括在上部的燃烧室和内部的提升管，该内部的提升管按照路线将供应气体从底部气体入口传送到所述燃烧室。

背景技术

重整是一种众所周知的用于将烃源转化成有用的产物的技术，例如氢气或针对特定用途的补充合成气，例如用于氨的合成。重整前端的众所周知的布置，例如制氨装置的前端，包括一段转化炉和二段转化炉。

例如，蒸汽流和合适的烃源(例如天然气)在一段转化炉中反应。在一些实施方式中，一段转化炉包括一束填充有催化剂的蒸汽加热管或气体加热管。离开一段转化炉的产品气在二段转化炉中在空气供给的帮助下并在催化剂的存在下进一步被氧化。然后离开二段转化炉的所重整的产品气在多个下游设备中被处理，该多个下游设备通常包括至少一个或多个变换炉、CO₂洗涤塔和甲烷化反应器。在制氨装置中，二段转化炉在空气或富氧空气下操作。

二段转化炉可以是在纯氧下操作的自热式转化炉(ATR)。

二段转化炉的已知的实施方式包括立式容器，该立式容器具有基本上位于上部的在催化区上方的燃烧室，以及用于来自一段转化炉的工艺气体的底部入口。该二段转化炉包括被设置成导向工艺气体从底部入口至所述燃烧室的内部的提升管。通常气体提升管以在燃烧室上方的气体分配器和/或气体导流器结束；离开提升管的气流基本上被转向180°并且从上到下穿过二段转化炉，穿过燃烧室，然后通过下面的催化区。

工艺气体通过适当的装置被引入至所述燃烧室，该装置可包括多个喷嘴或适当的分配器。例如，在一些已知的实施方式中，工艺气体通过分配器被引入，该分配器包括焊接在一起的多个圆柱形区，并且多个圆柱形区围绕气体提升管形成环状结构。每个区的下表面具有多个用于空气喷射的喷嘴，并且瓦状导流器被安装在分配器内。通常分配器包括相互焊接的八个圆柱形区，使得在平面视图中，它看起来像一个八边形。

理解到这种二段转化炉具有一些优势，并且例如在制氨装置中是普遍的。具有内部的工艺气体提升管的布置允许气体入口和气体出口两者位于压力容器的底部，这意味着与其它设备的简单连接。尤其，底部入口有助于保持一段转化炉和二段转化炉之间的短的气体传输线路。因为该工艺设备是具有相当高的高度的立式压力容器，这对保持该工艺气体在底部部分的连接是有利的。然而经验也已经揭示了一些缺点。

首先，已经注意到所述转化炉受到在燃烧室内部在反应物(空气和工艺气体/合成气)之间欠佳的混合。这种不充分的混合导致在催化床入口处的气体组成和温度的不均匀分布，并且可能导致在耐火衬套上的热点形成。非均匀的气体分布导致催化床的不均匀的使用，并且增加了甲烷逃逸(methane slip，和产物气离开二段转化炉的未转化的甲烷)，这相应地增加制氨装置的合成回路的气体循环，降低了整个装置的性能。因欠佳混合导致的热点在某些情况下表现为保护催化床的顶层的氧化铝块体的腐蚀和光滑，或表现为催化剂颗粒的烧结和团聚。在非常差的混合的情况下，热点的痕迹也可能在燃烧室耐火衬套上被发现，典型地衬套的局部熔化、耐火砖和灰浆接缝的光滑或腐蚀。

另一个缺点是所谓的火焰冲击。离开气体提升管的工艺气体通过上部气体导流器而朝向容器的外壁偏转。因此，工艺气体优先地沿着容器的外壁流动。然而，已经注意到，工艺气体流趋向于使从空气分配器离开的空气喷流朝向提升管偏转，导致在覆盖工艺气体提升管的耐火砖上的火焰撞击。一个相关的影响是在催化床的入口处不均衡的温度场，这可能是甲烷逃逸的另一个起因。

实际上，经验表明高甲烷逃逸通常在这种二段转化炉的出口处被测量到。

另一个问题是在空气喷嘴之间空气的不均衡的分布，特别是上述的圆环状分配器。CFD模拟示出，在空气喷嘴中最大的质量流率和最小的质量流率之间的差异可以达到平均值的45％。强烈的不均衡的空气分布扩大在燃烧室内部的欠佳分布和在催化床入口处的温度及组成的不均匀分布。

目前大量具有上述特点的二段转化炉被安装在世界各地。因此，具有提供有效改造的动机，该有效改造使更好的性能和对现有的布置的最小改变相结合，以节省成本。然而，现有技术仍缺乏对这个问题的解决方法。

发明内容

本发明要解决的问题是为了解决上述缺点，并且为改造提到的这种二段转化炉提供一种有效的方法。

提出的解决方案涉及新的燃烧器的提供，该新的燃烧器被安装在转化炉的顶部，并取代了空气供给装置，例如喷嘴或分配器。

因此通过用于改造二段转化炉的方法将该问题解决，该二段转化炉包括：