本實用新型涉及焦爐氣應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其指一種焦爐氣轉(zhuǎn)化裝置。

背景技術(shù)：

我國是生產(chǎn)焦炭的大國，焦爐氣是在高溫?zé)捊惯^程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其主要組成為氫氣和甲烷，還含有少量的一氧化碳以及硫化物等。以焦爐氣為原料生產(chǎn)合成氨或合成甲醇所需的合成氣，不僅將能源與環(huán)境的發(fā)展相結(jié)合起來，而且將傳統(tǒng)的煉焦行業(yè)與化肥工業(yè)及化學(xué)工業(yè)有機的結(jié)合起來，這對于調(diào)整我國的化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，具有重要的意義。

現(xiàn)有一種專利號為CN200810046428.4名稱為《一種利用焦爐氣合成甲烷的方法》的中國發(fā)明專利公開了一種利用焦爐氣合成甲烷的方法，通過凈化脫除雜質(zhì)、壓縮換熱及加入水蒸氣、一段甲烷化反應(yīng)、二段甲烷化反應(yīng)、三段甲烷化反應(yīng)、PSA分離甲烷等主要步驟，得到甲烷濃度90％以上的產(chǎn)品氣。采用該發(fā)明方法，利用焦爐氣為原料，可得到甲烷含量高、雜質(zhì)含量低、熱值高的合成天然氣，并且有利于保護環(huán)境，節(jié)省能源，開發(fā)新能源；此外，該方法中，通過在一段反應(yīng)之前在原料焦爐氣中加入適量水蒸氣，適當抑制了甲烷化反應(yīng)的深度，從而減少了整個反應(yīng)過程放出的熱量，有利于反應(yīng)后氣體的冷卻，及防止析炭反應(yīng)發(fā)生致使催化劑失活，有利于整個合成工藝的連續(xù)正常運行。然而，該發(fā)明的三段甲烷化反應(yīng)均采用鎳系催化劑，而焦爐氣中含有硫化物，S與Ni會快速反應(yīng)生成NiS，使催化劑效力降低。另外，若反應(yīng)后的合成氣是用于甲醇合成時，由于甲醇合成催化劑主要活性組分為Cu，S與Cu也會快速反應(yīng)生成CuS，造成甲醇合成催化劑失去活性，直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。焦爐氣中含有的硫化物種類復(fù)雜，包括無機硫(H₂S、COS等)和有機硫(噻吩、硫醇等)，采用通常的鈷鉬和鐵鉬催化劑很難徹底將有機硫化物轉(zhuǎn)化為易于脫除的H₂S。因此在焦爐氣催化部分氧化工序前需要設(shè)置十分復(fù)雜的脫硫工序，但是脫硫效果仍不能令人滿意。此外，催化焦爐氣時，只要過熱的反應(yīng)氣流接觸到轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的催化劑，一般只要幾分鐘催化劑就會熔融、燒結(jié)成塊，使催化劑迅速失活，這對運行中系統(tǒng)的操作控制水平提出了較高的要求，因此該方法還需進一步改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種無需添加催化劑，焦爐氣轉(zhuǎn)化效果好、轉(zhuǎn)化效率高的焦爐氣轉(zhuǎn)化裝置。

本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：本焦爐氣轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述焦爐氣轉(zhuǎn)化裝置包括依次連通的轉(zhuǎn)化爐，水冷罐與水洗塔，所述轉(zhuǎn)化爐的頂部設(shè)置有噴氣部，所述噴氣部上設(shè)置有氧氣進口、焦爐氣進口和能將氧氣、焦爐氣噴至轉(zhuǎn)化爐內(nèi)腔的噴出口，所述噴出口通過不同的管道與氧氣進口、焦爐氣進口相連通，進入噴氣部的氧氣與焦爐氣從噴出口噴出后混合并在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)腔中進行焦爐氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)而產(chǎn)生合成氣，所述水冷罐中設(shè)置有能快速冷卻合成氣的噴水管，所述水洗塔中設(shè)置有洗滌冷卻后合成氣的洗滌水管，所述水洗塔的頂部與合成氣收集管相連通。

作為改進，所述轉(zhuǎn)化爐包括殼體，噴氣部，能通入冷卻水的冷卻管，所述噴氣部設(shè)置在殼體的頂部，所述冷卻管纏繞在噴氣部的外表面上，所述殼體的底部設(shè)置有合成氣出口，所述合成氣出口通過管道與水冷罐相連通。

進一步改進，所述殼體的內(nèi)壁上可優(yōu)選覆蓋有一層耐火磚。

進一步改進，所述耐火磚中可優(yōu)選裝有直接測量反應(yīng)溫度的熱電偶，所述殼體的外表面上設(shè)置檢測表面壁溫的熱電偶。

作為改進，所述噴氣部的內(nèi)腔中可優(yōu)選設(shè)置有中心直管與環(huán)形管，所述中心直管將氧氣進口與噴出口連通在一起，所述環(huán)形管將焦爐氣進口與噴出口連通在一起。

進一步改進，所述氧氣進口通過氧氣輸入管與氧氣加熱裝置相連通，所述氧氣加熱裝置通過管道與空氣分離裝置相連通，所述氧氣加熱裝置與能通入保護性蒸汽的蒸汽管道相連通，所述氧氣輸入管上設(shè)置有氧氣流量調(diào)節(jié)閥和氧氣切斷閥。

進一步改進，所述焦爐氣進口可優(yōu)選通過焦爐氣輸入管與焦爐氣加熱裝置相連通，所述焦爐氣加熱裝置通過管道與焦爐氣壓縮裝置相連通，所述焦爐氣加熱裝置與轉(zhuǎn)化爐之間的管道上設(shè)置有能通入高壓蒸汽的蒸汽支管。

作為改進，所述水冷罐的底部可優(yōu)選設(shè)置有合成氣進口，所述合成氣進口與轉(zhuǎn)化爐的合成氣出口相連通，所述噴水管設(shè)置在水冷罐的頂部，冷卻后合成氣從水冷罐頂部的冷卻氣出口離開水冷罐，所述冷卻氣出口通過管道與水洗塔的冷卻氣進口相連通。

進一步改進，所述水洗塔的底部可優(yōu)選設(shè)置有混合器，所述冷卻氣進口設(shè)置在混合器上，所述洗滌水管設(shè)置在水洗塔中，所述洗滌水管與設(shè)置在水洗塔外的水洗塔循環(huán)泵相連通，所述水洗塔與水洗塔循環(huán)泵之間的管道上設(shè)置有循環(huán)支管，部分循環(huán)水通過循環(huán)支管進入混合器中，合成氣與進入混合器的循環(huán)水混合后進入水洗塔的內(nèi)腔中。

進一步改進，所述水洗塔的中部和頂部可優(yōu)選均設(shè)置有洗滌水管，洗滌水從洗滌水管中流出并沖洗在合成氣與循環(huán)水的混合液上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：對焦爐氣的轉(zhuǎn)化無需使用催化劑，解決了因焦爐氣中H₂S和有機硫含量高而導(dǎo)致的催化劑失活問題；通過高壓噴射冷卻水對合成氣降溫，減少裝置的體積和復(fù)雜程度，消除了原有的廢熱鍋爐中雜質(zhì)結(jié)垢的問題，裝置運行更平穩(wěn)；將焦爐氣轉(zhuǎn)化為可以再次利用的合成氣，節(jié)約能源，解決了環(huán)境污染問題，綜上所述，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需添加催化劑，焦爐氣轉(zhuǎn)化效果好、轉(zhuǎn)化效率高，使用成本低，裝置運行穩(wěn)定安全，值得推廣。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中轉(zhuǎn)化爐沿中心軸線剖去部分殼體后的剖面圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

如圖1和圖2所示，本實施例的焦爐氣轉(zhuǎn)化裝置，所述焦爐氣轉(zhuǎn)化裝置包括依次連通的轉(zhuǎn)化爐1，水冷罐2與水洗塔3，所述轉(zhuǎn)化爐1的頂部設(shè)置有噴氣部11，所述噴氣部11上設(shè)置有氧氣進口、焦爐氣進口和能將氧氣、焦爐氣噴至轉(zhuǎn)化爐內(nèi)腔14的噴出口，所述噴出口通過不同的管道與氧氣進口、焦爐氣進口相連通，進入噴氣部11的氧氣與焦爐氣從噴出口噴出后混合并在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)腔14中進行焦爐氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)而產(chǎn)生合成氣，所述水冷罐2中設(shè)置有能快速冷卻合成氣的噴水管，所述水洗塔3中設(shè)置有洗滌冷卻后合成氣的洗滌水管，所述水洗塔3的頂部與合成氣收集管相連通。所述轉(zhuǎn)化爐1包括殼體，噴氣部11，能通入冷卻水的冷卻管，所述噴氣部11設(shè)置在殼體的頂部，所述冷卻管纏繞在噴氣部11的外表面上，所述殼體的底部設(shè)置有合成氣出口13，所述合成氣出口13通過管道與水冷罐2相連通。所述殼體的內(nèi)壁上覆蓋有一層耐火磚12。所述耐火磚12中裝有直接測量反應(yīng)溫度的熱電偶，所述殼體的外表面上設(shè)置檢測表面壁溫的熱電偶。所述噴氣部11的內(nèi)腔中設(shè)置有中心直管與環(huán)形管，所述中心直管將氧氣進口與噴出口連通在一起，所述環(huán)形管將焦爐氣進口與噴出口連通在一起。所述氧氣進口通過氧氣輸入管41與氧氣加熱裝置4相連通，所述氧氣加熱裝置4通過管道與空氣分離裝置相連通，所述氧氣加熱裝置4與能通入保護性蒸汽的蒸汽管道42相連通，所述氧氣輸入管41上設(shè)置有氧氣流量調(diào)節(jié)閥和氧氣切斷閥。所述焦爐氣進口通過焦爐氣輸入管與焦爐氣加熱裝置6相連通，所述焦爐氣加熱裝置6通過管道與焦爐氣壓縮裝置61相連通，所述焦爐氣加熱裝置6與轉(zhuǎn)化爐1之間的管道上設(shè)置有能通入高壓蒸汽的蒸汽支管62。所述水冷罐2的底部設(shè)置有合成氣進口，所述合成氣進口與轉(zhuǎn)化爐1的合成氣出口相連通，所述噴水管設(shè)置在水冷罐2的頂部，冷卻后合成氣從水冷罐2頂部的冷卻氣出口離開水冷罐2，所述冷卻氣出口通過管道與水洗塔3的冷卻氣進口相連通。所述水洗塔3的底部設(shè)置有混合器5，所述冷卻氣進口設(shè)置在混合器5上，所述洗滌水管設(shè)置在水洗塔3中，所述洗滌水管與設(shè)置在水洗塔3外的水洗塔循環(huán)泵31相連通，所述水洗塔3與水洗塔循環(huán)泵31之間的管道上設(shè)置有循環(huán)支管32，部分循環(huán)水通過循環(huán)支管32進入混合器5中，合成氣與進入混合器5的循環(huán)水混合后進入水洗塔3的內(nèi)腔中。所述水洗塔3的中部和頂部均設(shè)置有洗滌水管，洗滌水從洗滌水管中流出并沖洗在合成氣與循環(huán)水的混合液上。冷卻管與中壓鍋爐7相連通，中壓鍋爐7中的水通過冷卻水循環(huán)泵71輸入至冷卻管中，冷卻水吸收噴氣部11的熱量升溫后再沿管道回到中壓鍋爐7中。氧氣加熱裝置4、中壓鍋爐7和噴氣部11均通過輸入高壓氮氣調(diào)節(jié)壓力。

如圖2所示，轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構(gòu)示意圖，包括氧氣入口、焦爐氣入口、位于爐頂?shù)膰姎獠?、轉(zhuǎn)化爐爐體、噴氣部冷卻水進口、噴氣部冷卻水出口以及合成氣出口。所述噴氣部為采用帶環(huán)隙通道的中心管結(jié)構(gòu)，中心管為橫截面直徑大于環(huán)隙通道孔徑的中心直管，所述環(huán)隙通道形成螺旋狀的環(huán)形管，所述合成氣出口設(shè)置有換熱降溫的水冷罐。爐體外殼由外向里包含殼體和耐火層。噴氣部在高溫下工作容易燒壞，為了保護噴氣部，噴氣部上設(shè)置有冷卻水夾套，供冷卻水循環(huán)流動，以降低噴氣部的溫度。噴氣部與一般的二通道燒嘴結(jié)構(gòu)相同，二通道燒嘴為一種用于混合氣體進行燃燒的燃燒器，為公知技術(shù)，其具體結(jié)構(gòu)不再描述。

本實用新型的工作原理：

(1)焦爐氣轉(zhuǎn)化工序

如圖1和圖2所示，來自焦爐氣壓縮裝置61的焦爐氣，經(jīng)焦爐氣加熱器6預(yù)熱后與高壓蒸汽混合，進入噴氣部11的環(huán)形管?？諝夥蛛x裝置來的純氧，經(jīng)氧氣加熱器4預(yù)熱，并加入適量保護蒸汽后，分別經(jīng)氧氣流量調(diào)節(jié)閥、氧氣切斷閥后，進入噴氣部11的中心直管。氧氣的流量根據(jù)壓力和溫度進行調(diào)節(jié)。焦爐氣和氧氣通過轉(zhuǎn)化爐1頂部的噴氣部11同軸射流進入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)腔14進行反應(yīng)生成粗合成氣后進入水激冷工序。轉(zhuǎn)化爐1的內(nèi)壁上覆蓋有一層耐火磚12，耐火磚12中裝有若干個直接測量反應(yīng)溫度的熱電偶，轉(zhuǎn)化爐1的殼體外表面上設(shè)置檢測殼體壁溫的表面熱電偶。

(2)合成氣水激冷工序

出轉(zhuǎn)化爐1的合成氣通過連接管道進入水冷罐2，水激冷工序采用下部進合成氣，上部進冷卻水。替代了傳統(tǒng)昂貴且故障率較高的廢熱鍋爐，維護工作量減小，可有效提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。同時，與廢熱鍋爐流程相比，水激冷流程系統(tǒng)簡單、連續(xù)運行時間長、初投資低，同時生產(chǎn)的合成氣中水分更多，在后續(xù)變換工藝中可以少加或不加蒸汽，更適用于煤化工項目。

(3)合成氣凈化工序

經(jīng)過水激冷工序的粗合成氣在混合器5中與來自水洗塔3底部的一部分循環(huán)水混合后進入水洗塔3。在混合器5中，粗合成氣中的微量炭黑和灰分被洗滌，洗滌后的粗合成氣進入水洗塔3中。水洗塔3的進水分為中部進水和頂部進水兩部分，通過水洗塔3可以除去粗合成氣中的大部分NH₃和HCN。