[发明专利]一种制氢转化炉

说明书

技术领域

本发明属于制氢技术领域，具体涉及一种制氢转化炉。

背景技术

制氢转化炉是制氢装置的核心设备，决定了整个制氢装置的性能，其投资占总投资的20%~25%，其能耗占装置总能耗的30%~40%。目前，制氢转化炉主要有顶烧型和侧烧型两种炉型，其中：

顶烧型制氢转化炉燃烧器在炉顶，火焰向下燃烧，转化炉管采用立管，双面辐射，原料气通过炉顶进口管系进入转化炉管被加热，并发生转化反应，形成的富氢高温转化气经过炉底出口管系进入蒸汽废锅产生蒸汽和进行其它换热、变换流程。顶烧型转化炉燃烧器火焰方向平行转化管，燃烧区温度场与转化反应所需温度场匹配度较好，操作弹性大，但该型转化炉存在以下缺点：顶部管系较为复杂，且多排燃烧器布置在炉顶，对流段只能布置在地面上，增加了占地面积；为了得到较高的转化率，一般采取提高转化气出口温度（850℃~900℃），高的出口温度的余热会产生大量的蒸汽，所产蒸汽一般超过装置所需蒸汽，外输的蒸汽品质较差，成本较高，性价比低；转化气出口温度高，增加了出口管系的设计难度和建设投资，大型化后长周期运行很难保证。

侧烧型制氢转化炉燃烧器火焰方向与炉管垂直，对流段布置在辐射的上部侧面，原料气一般也从上部进入，经转化管加热并发生转化反应。侧烧型转化炉对流段在炉顶，占地面积相对较小，炉管轴向受热均匀，热强度较高，炉管投资较小，但该型转化炉同样存在产蒸汽过多、转化气出口温度高的问题，且燃烧器数量多导致所需投资大，结构复杂，同时该型转化炉每个辐射炉膛中仅布置两只排炉管，产量和规模受到限制。

通常的制氢转化炉对流段烟气余热回收通过预热原料气、产生蒸汽和预热助燃空气来实现，这些余热回收方案存在低品质蒸汽产量大和燃料气利用效率低的问题。

另外，制氢转化炉燃料通常为量大且热值低的脱附气和补充燃料气，补充燃料气中的硫化氢含量受脱硫装置性能影响，波动中硫化氢含量可高达200ppm，燃料气中硫化氢含量增大会使烟气的硫酸露点温度提高，在余热回收低温空气预热段发生低温露点腐蚀，造成设备堵塞，影响装置正常运行。为保证装置长周期稳定运行，目前采取提高制氢转化炉排烟温度的方式，一般排烟温度设置在150℃以上，热效率低，造成了燃料气浪费，进一步增加了运行成本。

为此，需要开发一种操作弹性大、投资小、能耗低、能保证长周期稳定运行的制氢转化炉。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的制氢转化炉的不足，提供一种具有高转化温度、低出口温度结构的低能耗制氢转化炉，该转化炉结构紧凑、操作弹性大且投资更小。

本发明的技术方案为：

一种制氢转化炉，包括带衬里壳体、转化炉管、余热回收系统和燃烧器，所述转化炉管立式布置于所述带衬里壳体围成的炉体内；炉体内燃烧产生的高温烟气进入所述余热回收系统进行余热回收，原料气和空气进入炉体内前均在所述余热回收系统中进行预热；所述燃烧器布置于炉底；其中，所述转化炉管为内管与外管组成的套管；所述内管与外管之间的环隙中装有转化反应所需的催化剂；转化炉管的底部开有连通环隙的进口，供原料气通入；内管开有出口，供富氢转化气排出。

优选地，所述燃烧器火焰向上，分布在转化炉管两侧。

优选地，所述内管中装有强化传热的填充物，所述填充物为具有导热性能金属或非金属。

优选地，所述余热回收系统包括原料气预热器、蒸汽过热段、蒸发段和空气预热段；作为进一步改进，所述原料气预热器由转化原料气预热段和预转化原料预热段组成；余热回收系统中的所述空气预热段通常为一段式结构，作为改进，空气预热段使用两段式结构，由低温空气预热段和高温空气预热段组成，通入的空气依次所述低温空气预热段和高温空气预热段实现分级加热；作为另一改进，所述空气预热段使用三段式结构，由空气进口预热段、低温空气预热段和高温空气预热段组成，所述空气进口预热段设置于空气进口处。

优选地，所述制氢转化炉使用脱附气和/或补充燃料气作为燃料气。

当燃料气为脱附气和/或补充燃料气时，作为余热回收系统的进一步改进，在所述余热回收系统还包括脱附气预热段和补充燃料气预热精制段；脱附气通入所述脱附气预热段中进行预热处理，补充燃料气通入所述补充燃料气预热精制段进行脱硫精制及预热处理。

作为前述余热回收系统结构与布局的改进，可将所述余热回收系统各组件全部或部分布置在转化炉的上部，以减少占地面积。

本发明制氢转化炉具有以下优点：