化学反应是 汽 上述反应是在反应器中进行的。反应后的高温气体通过废热锅炉产生高压蒸 气回收热量。氧化反应中由于烃裂解产生的游离碳通过两段水洗脱除。 其工艺流程是 来自罐区的减压渣油通过过滤加压至，加热至， 经喷枪雾化喷化的反应器气化炉中。 氧气予热至后，在个特殊的进料喷咀处与蒸汽混合称为气化剂，气 化剂经喷咀亦喷入反应器中。 减压渣油在反应器中，发生部分氧化反应，生成。反应温度 ，高温的粗合成气出反应器经盘管式废热锅炉发生蒸汽后，温度降至 。 粗合成气在激冷水洗后送入碳浆分离器，经进步洗涤后，碳浆送至碳回 收装置进行造粒。合成气送至洗气塔，进步用水冷却，水冷系统采用闭路循环。 经洗涤后的碳浆进入粒机，在机内与减压渣渍混合进行造粒后，送入震动筛 上，使碳粒与水进行筛分，碳粒与渣油混合送回减压渣油贮罐，称为碳循环。 原则性工艺流程图如下 蒸汽 重油 粗合成气 氧气 水 水 软水 碳水至回收装置 重油加热器废热锅炉洗气塔冷却器 氧气加热器急冷管冷却器塔底循环泵 气化炉碳分离器 图渣油合成气生产装置工艺流程图 改造的技术方案 本次改造将现有的合成气装置渣油造气改造为利用天然气转化生成合 成气，为最大限度地减少投资，根据对天然气转化各种工艺技术的比较，在保证 装置设计能力不变的前提下，可采取将原来的渣油烧嘴改造为天然气烧嘴的技术 方案。 改造后的流程为来自配气站的天然气经气液分离器后送入天 然气压缩机，经压缩后，进入天然气预热器，预热至， 然后送入气化炉的工艺烧嘴，在气化炉顶部与氧气和少量屏蔽蒸汽直接混合，进 入气化炉，在炉内进行部分氧化反应，生成粗合成气。 改造后的气化炉，装置的生产能力不变，更换了天然气烧嘴，炉体不做大的 改动，但需要增加气化炉拱顶耐火砖厚度，同时增加天然气与氧气比值调节系统 及天然气与系统的安全保护联锁，以提高装置的安全性能。 改造内容及工艺特点 本改造工程将现有渣油纯氧气化生产羰基合成气工艺流程改 造为天然气部分氧化生产羰基合成气工艺流程，包括相应的工艺管道 阀门电气仪表及设备的改造等，并核算其他单元是否需要适当改动。改造中 要考虑重油和天然气生产合成气由于碳氢比不同，产出的合成气氢气和氧化碳 之比应当是的关系，后配氢较少甚至可以不配氢。改造的主要内容及其工艺 特点是 空分 空分装置主要是为部分氧化工序提供氧气，正常生产时，天然气部分氧化工 序要求空分装置提供的氧气为，洗化厂现有空分装置的设计产氧能力为 ，可以基本满足改造工况氧气需求，故空分装置利用现有装置，不用新 增能力。 天然气压缩 天然气压缩是新增工序，它是将来自配气站约的天然气压缩至天然 气部分氧化要求的压力。 天然气压缩机采用蒸汽透平驱动的离心式压缩机机组。蒸汽透平驱动的离心 式压缩机的显著特点是单机打气量大，占地面积小，运转平稳无脉冲，维修少， 无需备用，出口气体不含油，蒸汽透平驱动还可减少次能量转换的损失等优点。 部分氧化 部分氧化工序是利用现有的渣油气化进行改造，以天然气取代渣油原料。采 用天然气部分氧化技术进行改造主要更换气化烧嘴和气化炉顶部局部耐火衬里， 以及增加锅炉给水加热器碳黑水冷却器等。 本次改造后的气化烧嘴采用华东理工大学和中国航天科技集团第研究所 共同研制的气化烧嘴技术。本工序的特点是 对现有的合成气装置影响最小。本次改造主要更换气化烧嘴和气化炉顶部 局部耐火衬里，以及增加锅炉给水加热器碳黑水冷却器等，其它现有工序设备 不需改造，都能满足改造后的要求。 可节省投资，缩短建设周期。由于改造集中在部分氧化工序，在现有装置年代开发的技术，该法是段炉不需外加热， 而是利用二段转化炉出口约的高温气体作为段天然气蒸汽转化反应 的热源，为维持转化系统热平衡及合成气适宜氢氮比，二段炉需引入富氧空气。 其工艺特点是 天然气消耗少，热效率高。因二段炉的热工艺气体为段炉提供了转化的 热量与传统工艺相比，燃料天然气用量减少了，没有因烟气排入大 气所造成的热损失由于段炉绝热层的作用，二段炉燃烧所放出的热效率几乎 。 投资少，占地面积小。其段炉就像个换热器，体积小，内外压差小， 炉管管壁薄，节省了大量的合金材料，同时，段炉和二段炉安装在个框架内， 布置紧凑。 操作弹性大，开停车方便。其段炉较箱式炉使用条件温和，没有明火。 不会因负荷的波动而导致热量不平衡，转化炉出口气体中含量变化时可通过 调整富氧空气中的氧含量控制二段炉出口气体的含量。换热式转化装置可在 负荷范围内操作。 二氧化碳产量高，换热式转化工艺二段炉的耗氧量较高，产量高，在制 氨时其产品氨与二氧化碳可基本满足尿素生产。 环境污染小，没有烟道气从转化炉排出，减少环境污染。换热式转化工艺 在中小型氮肥企业己成功广泛应用。 部分氧化法工艺 催化部分氧化法工艺 催化部分氧化法工艺流程是从管网来的天然气与空分单元来的空气在开工 炉中燃烧生成高温烟道气进入转化炉供催化剂床层逐渐升温，其温度通过调节天 然气量冲冷空气及加入蒸汽调节，出转化炉的烟道气经废锅和混合预热器后排 空，由空气天然气气联合压缩机三联机送来的空气与空分单元氧压 机送来的氧气，在压力下混合为的富氧空气，经加热炉加热至 进入转化炉炉头混合器，由三联机进来的天然气经预热至后依次经 脱硫槽和脱硫槽，使硫含量降至后与蒸汽混合，然后经 予热器加热至，进入转化炉炉头混合器，富氧空气天然气蒸汽按 比例，在转化炉炉头混合器充分混合均匀后，喷入催化剂层， 首先是氧与天然气迅速燃烧，温度急剧上升，同时伴随有水蒸汽与甲烷的转化反 应进行，催化剂层温度应控制在小于此后混合气穿过催化剂层，主要 进行蒸汽与剩余甲烷的转化反应，由转化炉出来的高温转化气经废锅回收热量， 产生的饱和蒸汽，出废锅的转化气约，经混合气预热器和天然气 蒸汽换热器回收热量后送至变换工序。 采用这种方法制气热效率高，整个制气过程可以在相当高的压力下进行，因 而这种方法适合合成氨合成气的转化。 非催化部分氧化法 天然气非催化部分氧化工艺流程天然气由配气站经过滤后进入天然气压缩 机，压缩至进入加热炉加热到，然后入气化炉喷嘴的中 心管，来自空分单元的氧气压力为，温度为，配入 体积分数的保护蒸汽，进入加热炉被加热，然后入气化炉喷嘴的环隙流道。 进入气化炉喷嘴的天然气和氧气经混合后入气化炉，发生燃烧反应和部分氧化反 应，生成主要成分为大于的粗合成气，高温粗合成气在炉下部被 冷激至，最终经洗涤塔洗涤后去净化工序。 采用天然气非催化部分氧化工艺的关键技术是天然气喷嘴。甲烷部分氧化制 合成气气化过程的控制步骤是混合过程。技术关键是烧嘴以及烧嘴与气化炉匹配 形成的流场，在气化形式定的情况下，影响气化结果的因素是氧气天然气比 及蒸汽用量。 本工程工艺技术的选择 本工程所需的合成气规格见表。 表目标合成气规格 序号项目规格备注 分子比 体积 总硫含量 总不饱和烃 其中不饱和烃 水含量饱和 惰性气体甲烷平衡 含量 流量 采用非催化天然气部分氧化工艺流程后，粗合成气的组成与渣油的对比见表 。 表以渣油天然气为原料的气化制粗合成气工艺对比 序号项目渣油天然气备注 气化炉操作压力 气化炉操作温度 粗合成气成分 痕量痕量 根据表目标合成气的规格要求及表中关于采用非催化部分氧化所产生的 粗合成气的对比以及上述各种天然气转化工艺流程的比较，本工程拟采用非催化 天然气部分氧化工艺流程。 本次改造所选择的工艺概述 工艺流程简述 天然气压缩 天然气输配站来的原料天然气温度，压力，进入天然气压 缩机进口，经二级压缩，出天然气压缩机气体压力为，送合成气装 置部分氧化工序。 部分氧化 气化 来自天然气压缩机的天然气在天然气预热器中由高压蒸汽加热到 ，热的天然气进入气化炉烧嘴。 来自空分装置的纯氧，压力，温度为，在氧气预热器中由 高压蒸汽加热到，然后与高压蒸汽混合进入气化炉烧嘴的环隙。 天然气在氧气蒸汽气化剂存在的情况下，在气化炉内发生部分氧化反应生 成以为主体的高温原料气，气体温度约。高温转化的粗合成气经废 锅副产的高压饱和蒸汽，高压饱和蒸汽送作为全厂动力，粗合成气再进 入气化废锅节能器回收热量，粗合成气温度降至后再进入锅炉给水预热器， 温度降至，然后依次经过激冷管和碳黑分离器分离出碳黑。粗合成气以 离开分离器后两股粗合成气会合进入脱盐水预热器进步回收热 量，气体冷却至，然后进入碳黑洗涤塔。 碳黑洗涤塔为两段填料塔，粗合成气与喷淋水逆流接触，除去残存碳黑，并 洗涤掉气体中的绝大部分氨和氢氰酸，粗合成气冷却降温到送往后续工序。 碳黑水处理 经污水处理后的回水经降温到入碳黑洗涤塔上塔作为最终洗涤液，确 保原料气中碳黑含量。碳黑洗涤塔下塔为循环洗涤，洗涤水从下塔底 抽出，经洗涤泵加压后，再经洗涤塔循环水冷却器降温至返回碳黑洗涤塔 下塔。 从洗涤泵出口抽出股作为激冷水，经激冷水过滤器 过滤后送到激冷管和碳黑分离器，出碳黑分离器的碳黑水进入碳黑水罐闪蒸，气 体经冷却后去火炬系统，液体会合后由碳黑水泵抽出经换热器冷却后送至 处理系统。同时对现有的装置进行改造，恢复原有筛下水罐，设备 重新防腐，疏通其进出口管线原有螺杆泵进行更换，选用适合输送碳黑水