由于石化行業(yè)窯爐大多需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，因此對(duì)于所使用的耐火材料也有一些特殊要求。目前80%以上以烴類為原料，用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨原料氣和氫氣，蒸汽轉(zhuǎn)化法用的主要設(shè)備是轉(zhuǎn)化爐。因此，轉(zhuǎn)化爐是合成氨廠和制氫工廠的關(guān)鍵設(shè)備之一。

 

 

　　轉(zhuǎn)化爐的工藝特性

　　烴類原料有：天然氣、油田氣和輕油等，其所含主要成分是甲烷和其他飽和烴。

　　工業(yè)上利用水蒸氣作氧化劑與甲烷等反應(yīng)，在有觸媒作用下制合成氣。一般采用兩段流程，在一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐（簡(jiǎn)稱一段爐）中甲烷轉(zhuǎn)化率大約65%?70%，再進(jìn)入二段蒸汽轉(zhuǎn)化爐（簡(jiǎn)稱二段爐）中加入部分空氣進(jìn)行燃燒，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。如此既提高了甲烷的轉(zhuǎn)化率，又節(jié)省燃料的消耗，同時(shí)達(dá)到配氮的目的。

　　年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成氨廠一段爐的工藝特性：主要是將原料氣里的烴（主要是甲烷）與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氫氣和一氧化碳，其反應(yīng)式如下：

　　CH4+H2O=3H2+CO-Q

　　該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，在轉(zhuǎn)化管觸媒床中進(jìn)行，反應(yīng)熱由燃料燒嘴燃燒供給。其操作條件及影響因素有：

　　（1）操作溫度。對(duì)吸熱反應(yīng)，提髙溫度、使反應(yīng)速度加快，同時(shí)對(duì)降低出口氣體中的CO2及CH2的含量有利。實(shí)際受轉(zhuǎn)化管材質(zhì)的限制，操作時(shí)入口溫度為510℃，出口溫度為823℃左右，管壁高溫度達(dá)900℃左右。

　　（2）操作壓力。反應(yīng)后的體積增加，低壓對(duì)反應(yīng)有利。但從整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，操作壓力維持在29.4?34.3MPa（30-35kgf/Cm2）為宜。

　　（3）水碳比。水蒸氣分子數(shù)和原料中碳原子數(shù)之比稱為水碳比。為防止結(jié)碳并促進(jìn)反應(yīng)向右進(jìn)行，需加入過(guò)量的水蒸氣。通常把一段爐入口的水碳比維持在3.5：1左右。

　　（4）空速。空速增加，則生產(chǎn)強(qiáng)度提高。當(dāng)空速增加時(shí)，工藝氣體在爐管中停留時(shí)間減少，則出口甲烷含量也增高，不利于生產(chǎn)。主要受觸媒活性和轉(zhuǎn)化管平均傳熱強(qiáng)度限制。

　　一般在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，空速取1800m3原料氣/(m3觸媒·h)。

　　（5）轉(zhuǎn)化管平均傳熱強(qiáng)度。提髙轉(zhuǎn)化管平均傳熱強(qiáng)度是強(qiáng)化一段爐生產(chǎn)的主要手段，但受管材、爐型結(jié)構(gòu)和觸媒性能等限制。

　　烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法具有工藝流程短、投資省、能量利用合理、自動(dòng)化程度高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，因此，應(yīng)用極為廣泛。

 

 

　　轉(zhuǎn)化爐砌筑結(jié)構(gòu)與常用耐火材料

　　（一）輻射室襯里結(jié)構(gòu)

　　輻射室是一段爐的核心，爐墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響轉(zhuǎn)化工藝過(guò)程能否正常進(jìn)行。

　　（1）爐墻，輻射段外壁溫度為121℃，爐內(nèi)溫度為1250℃。爐墻耐火襯里共厚165mm，其中保溫層厚輕質(zhì)耐火磚厚114mm，其結(jié)構(gòu)采用拉磚形式為宜。

　　（2）爐頂，采用吊掛結(jié)構(gòu)，厚114mm，上面有51mm厚保溫層。吊掛結(jié)構(gòu)需多種異型磚，又較笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工期長(zhǎng)，磚易掉落。由于耐火纖維工業(yè)發(fā)展，現(xiàn)多被耐火纖維襯里代替。

　　（3）爐底，爐底有10條粘土磚徹筑的煙道，煙道寬610mm，高1440mm，煙道底為51mm厚的保溫塊和144mm厚的輕質(zhì)耐火磚，在靠近輔助燒嘴一端3m內(nèi)增加1層粘土磚。煙道頂用839mm*150mm*75mm的高鋁板鋪蓋。

 

 

　　（二）過(guò)渡段襯里結(jié)構(gòu)

　　過(guò)渡段是輻射段和對(duì)流段連接部分。爐墻工作面為152mm厚的輕質(zhì)耐火混凝土澆注，內(nèi)襯75mm厚的保溫塊。澆注的爐墻用Y型錨固釘固定。

　　爐底1層75mm保溫塊，上面澆注75mm厚的輕質(zhì)耐火混凝土。

　　爐頂澆注152mm厚的耐火混凝土頂板。

　　（三）對(duì)流段襯里結(jié)構(gòu)

　　對(duì)流段全部爐墻、爐底和爐頂都采用輕質(zhì)耐火混凝土澆注。

　　（四）輸氣總管襯里結(jié)構(gòu)

　　輸氣總管位于一段爐頂部，工藝氣體在轉(zhuǎn)化管轉(zhuǎn)化后，經(jīng)上升管匯集于輸氣總管，送到二段轉(zhuǎn)化管。工藝氣體溫度為870℃，工作壓力為3MPa（30.9kgf/cm2）。

　　輸氣總管長(zhǎng)25.5m，該管為碳鋼承壓外殼，殼的外面設(shè)有水夾套進(jìn)行冷卻，內(nèi)徑為Φ726mm，管內(nèi)為不銹鋼（Cr18Ni8）襯套管，襯套管外徑和碳鋼外殼內(nèi)徑之間，澆注純鋁酸鈣水泥空心球輕質(zhì)耐火混凝土。該管的環(huán)形空間在其長(zhǎng)度方向被內(nèi)襯套管的合金鋼支承環(huán)分隔26節(jié)，如下圖所示。每節(jié)為一澆注單元，逐節(jié)進(jìn)行澆注。

 

 

　　為防止硅遷移，凡與髙溫含氫氣流相接觸的絕熱耐火材料保證二氧化硅含量不大于0.5%。因在800℃以上的氫氣流中的氫，將耐火材料中的二氧化硅被氫還原成一氧化硅，而在溫度低于700℃時(shí)，又被氧化成固態(tài)的二氧化硅。這種硅遷移結(jié)果，會(huì)使輸氣總管之后的設(shè)備結(jié)垢而堵塞。另外，輸氣總管本身的絕熱耐火層因大量“硅遷移”而喪失機(jī)械強(qiáng)度，以致松散脫落，使受壓碳鋼外殼直接受高溫氣流作用而破裂。

　　總而言之，轉(zhuǎn)化爐各部位所使用的的耐火材料均有區(qū)別，對(duì)于施工要求也各不相同。只有性能滿足要求的耐火材料、再加上合理的施工，才能使得加熱爐的使用壽命符合預(yù)期。