非催化部分氧化-重整炉制造技术

本实用新型专利技术提出了一种非催化部分氧化‑重整炉，包括：反应腔室，所述反应腔室内自上而下形成非催化部分氧化区和重整区；氧气入口和第一天然气入口，所述氧气入口和第一天然气入口分别独立地设置在所述非催化部分氧化区的顶壁或者侧壁上；第二天然气入口，所述第二天然气入口设置在所述非催化部分氧化区与所述重整区的交界处的侧壁上；以及合成气出口，所述合成气出口设置在所述重整区的底壁上。该非催化部分氧化‑重整炉结构较简单，恰好利用了上部空间非催化部分氧化反应产生的过高温度显热以供下部重整反应使用，制备合成气无需大量昂贵的镍基催化剂，维护成本低，制得的合成气品质高。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于合成气制备领域，具体而言，本技术涉及非催化部分氧化-重整炉。
技术介绍
以H2、CO为主的合成气是目前大多化工合成的主要原料，如合成氨、合成甲醇、烯烃和乙二醇等，也可以直接作为还原气供气基竖炉直接还原铁矿石使用。天然气因其清洁且利用方便成为大多工业的首选制合成气的原料。天然气的主要成分为甲烷，目前工业上主要采用水蒸气催化重整天然气工艺生产合成气。该工艺能耗高、投资大等缺点，特别是其合成气的H2/CO＝3，不适合大多的后续化工加工工艺。20年代末以来，天然气自热部分氧化制合成气成为人们研究讨论的重点，该工艺是让天然气在1000℃以上的高温下与氧气发生不完全燃烧反应，生成H2+CO为主的合成气。但是该方法制备的合成气的品质不高。因此，目前生产合成气技术仍有待进一步改进。
技术实现思路
本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出一种非催化部分氧化-重整炉，该非催化部分氧化-重整炉结构较简单，恰好利用了上部空间非催化部分氧化反应产生的过高温度显热以供下部重整反应使用，利用其制备合成气无需大量昂贵的镍基催化剂，维护成本低，制得的合成气品质高。根据本技术的一个方面，本技术提出了一种非催化部分氧化-重整炉，包括：反应腔室，所述反应腔室内自上而下形成非催化部分氧化区和重整区；氧气入口和第一天然气入口，所述氧气入口和第一天然气入口分别独立地设置在所述非催化部分氧化区的顶壁或者侧壁上；第二天然气入口，所述第二天然气入口设置在所述非催化部分氧化区与所述重整区的
交界处的侧壁上；以及合成气出口，所述合成气出口设置在所述重整区的底壁上。由此，根据本技术的上述实施例的非催化部分氧化-重整炉，反应腔室内的上部为主要发生氧气与天然气的非催化部分氧化反应的非催化部分氧化区，反应腔室内的下部为主要发生天然气与上部生成的粗合成气的重整反应的重整区。非催化部分氧化区与重整区的主要区别是其中发生的主要化学反应不同，而未进行人工强行隔离。仅通过在中部开设了第二天然气入口，通过第二天然气入口喷入天然气后即发生以重整蓄热反应而形成重整区。该非催化部分氧化-重整炉恰好利用上部非催化部分氧化反应为放热反应产生的高温气体显热，为下部的重整区提供热量，进而使得上部产生的粗合成气继续与再次通入的新鲜天然气发生重整反应，进而制得优质合成气。利用该非催化部分氧化-重整炉制备合成气达到热量与物质的最佳利用。另外，根据本技术上述实施例的非催化部分氧化-重整炉还可以具有如下附加的技术特征：在本技术中，所述氧气入口和第一天然气入口均设置在所述非催化部分氧化区的顶壁上。在本技术中，上述实施例的非催化部分氧化-重整炉进一步包括：预热炉，所述预热炉具有天然气入口和预热天然气出口，所述预热天然气出口分别与所述第一天然气入口和所述第二天然气入口相连。附图说明图1是根据本技术一个实施例的非催化部分氧化-重整炉的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。根据本技术的一个方面，本技术提出了一种非催化部分氧化-重整炉。下面参考图1详细描述本技术具体实施例的非催化部分氧化-重整炉。根据本技术具体实施例的非催化部分氧化-重整炉包括：反应腔室10，氧气入口30和第一天然气入口40，第二天然气入口50，合成气出口60。其中，反应腔室10内自上而下形成非催化部分氧化区11和重整区12；氧气入口30和第一天然气入口40分别独立地设置在非催化部分氧化区的顶壁或者侧壁上；第二天然气入口50设置在非催化部分氧化区11与重整区12的交界处的侧壁上；以及合成气出口60设置在重整区12的底壁上。由此，根据本技术的上述实施例的非催化部分氧化-重整炉，反应腔室内的上部为主要发生氧气与天然气的非催化部分氧化反应的非催化部分氧化区，反应腔室内的下部为主要发生天然气与上部生成的粗合成气的重整反应的重整区。非催化部分氧化区与重整区的主要区别是其中发生的主要化学反应不同，而未进行人工强行隔离。仅通过在中部开设了第二天然气入口，通过第二天然气入口喷入天然气后即发生以重整蓄热反应而形成重整区。该非催化部分氧化-重整炉恰好利用上部非催化部分氧化反应为放热反应产生的高温气体显热，为下部的重整区提供热量，进而使得上部产生的粗合成气继续与再次通入的新鲜天然气发生重整反应，进而制得优质合成气。利用该非催化部分氧化-重整炉制备合成气达到热量与物质的最佳利用。根据本技术的具体实施例，氧气入口30和第一天然气入口40均设置在非催化部分氧化区的顶壁上。由此，使得通入的天然气与氧气发生非催化部分氧化反应，并且可以使得生成的粗合成气由非催化部分氧化区进入重整区。进而利用非催化部分氧化区内的反应放出的热量供给至重整区，进而实现热量的充分利用。根据本技术的具体实施例，上述实施例的非催化部分氧化-重整炉进一步包括：预热炉70，所述预热炉具有天然气入口71和预热天然气出口72，所述预热天然气出口72分别与所述第一天然气入口40和所述第二天然气入口50相连。由此，将用于制备合成气的天然气预先在预热炉70内进行加热。由此降低非催化部分氧化-重整炉内制备合成气的能耗，进而降低在炉内生成的H2O含量。根据本技术的具体实施例，具体，可以将天然气加热至250摄氏度，由此可以将其与温度为250摄氏度的氧气同时通入反应腔室内的非催化部分氧化区，进而使得天然气与氧气直接发生非催化部分氧化反应，生成粗合成气。由此无需外部供应反应所需热量，同时降低在炉内生成的H2O含量。另外，专利技术人发现，为了减少天然气在非催化部分氧化-重整炉内的完全燃烧量，故而
生成的H2O更少。因为将预热后的约250℃的天然气加热到1200多℃，比冷的天然气加热到1200多℃消耗的能量更少，反应产生的H2O也更少。根据本技术的具体实施例，天然气非催化部分氧气反应是个强放热过程，无需像水蒸汽重整法那样需要额外燃料燃烧以提供重整反应所需大量热量，因此单位能耗能显著降低。另外，无需催化剂，因此可以显著降低该非催化部分氧化-重整炉的造价，也可放宽对原料硫含量的限制，维护成本更低。本技术上述实施例的非催化部分氧化—重整炉，通过天然气分段通入，使得在同一个反应腔室内同时发生非催化部分氧化反应和重整反应，上部非催化部分氧化反应生产的约1300℃的粗合成气，在下部重整区内与天然气进行重整吸热后降至约900℃。既恰好利用了上部空间非催化部分氧化反应产生的过高温度显热以供下部重整反应使用，进而制备得到了高温的优质合成气。并且该高温的优质合成气可直接供给至气基竖炉直接还原装置使用，由此省去了废锅显热回收和洗涤除水等工序。因此，本技术上述实施例的非催化部分氧化—重整炉实现热量充分利用、所产合成气的品质达到最优，既未浪费热量，又无需外部供应反应所需热量。根据本技术的具体实施例，利用该非催化部分氧化—重整炉制备合成气，其中甲烷的转化率高。另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非催化部分氧化‑重整炉，其特征在于，包括：反应腔室，所述反应腔室内自上而下形成非催化部分氧化区和重整区；氧气入口和第一天然气入口，所述氧气入口和第一天然气入口分别独立地设置在所述非催化部分氧化区的顶壁或者侧壁上；第二天然气入口，所述第二天然气入口设置在所述非催化部分氧化区与所述重整区的交界处的侧壁上；以及合成气出口，所述合成气出口设置在所述重整区的底壁上。

【技术特征摘要】
1.一种非催化部分氧化-重整炉，其特征在于，包括：反应腔室，所述反应腔室内自上而下形成非催化部分氧化区和重整区；氧气入口和第一天然气入口，所述氧气入口和第一天然气入口分别独立地设置在所述非催化部分氧化区的顶壁或者侧壁上；第二天然气入口，所述第二天然气入口设置在所述非催化部分氧化区与所述重整区的交界处的侧壁上；以及合成气出口，所述合成气出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志辉，曹志成，薛逊，邓君，刘元鸿，吴道洪，
申请(专利权)人：江苏省冶金设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32