重油部分氧化.doc

无机化工工艺学
重油部分氧化
主讲：何冬冬
重油部分氧化
一、 工艺条件；
二、 工艺流程；
三、 主要设备；
一、工艺条件
1.温度：一般认为甲烷与蒸汽及蒸汽的转化反应是重油气化的控制步骤。反应方程为：CH4+H2O→CO+3H2
C+H2O→CO+H2
图1-2-55
热力学分析：
均为可逆吸热反应，提高温度可提高甲烷与碳黑的平衡转化率。
动力学分析：
提高温度有利于提高甲烷和碳黑的转化反应速率。
国内T<1300 ℃ ①保护炉衬和喷嘴
②O2消耗指标（T提高，氧耗增加）

2.压力：重油气化是体积增大的反应，从热力学角度看，提高压力是不利的。但是提高压力反应物含量增加，对加速反应也是有利的。
（热力学不利；动力学有利）
看图1-2-56：
随着炉温的提高，耗氧量增加。
‚有效气体（CO+H2）的产量随温度提高而增加，达到某一最大值开始下降。
这是由于随着温度的提高而促进转化反应的有利因素和燃烧反应产生二氧化碳和水蒸气等不利因素消长的结果。
加压气化的优点：
随着压力的提高，气化炉生产强度成比例的增大，从而可缩小设备容积。
‚节省动力（节省3/4的动力）。
ƒ加压气化有利于清楚炭黑
激冷流程中，水洗后炭黑含量：
常 压：40mg/m3
1MPa: 2mg/m3
5MPa: 0.25mg/m3
④加压气化对下游工序的脱S和脱C也是有利的
（1）生产数据表明，在常压至3MPa，气化的氧耗量随压力提高而降低，这主要是设备体积缩小，热损失降低的缘故。
（2）同时随着压力的提高有效气体含量和产量增加，而甲烷含量、炭黑含量、消耗定额却降低。这是由于加压使氧、蒸汽的密度及它们的含量增大，提高了雾化质量，改善了气化条件的结果。
（3）若继续提高气化压力至12MPa，则合成气中甲烷含量将增到1.2％一103％，并且炭黑含量也增加。此外，由于加压使气体密度增大、系统阻力提高．并且对设备的要求也更苛刻。因此，选择气化压力需从全系统的技术经济效果来考虑。
3.氧油比（m3O2/Kg重油）：
氧油比对重油气化有决定性影响，耗氧又是主要经济指标。因此，氧油比是控制生产的主要条件之一。

理论氧油比，O/C＝1，相应氧耗量0.8Nm3O2/Kg重油。
按理论量供氧，理论温度可高达1700 ℃。
水蒸气中的氧可以代替部分氧气。操作良好时，氧油比可以小于理论值，但计入水蒸气中的氧后，则O／C比在1.15~1.30之间。

温度随氧油比的
提高而急剧上升

耗氧随氧油比的增加而增加，氧油比过高，工业上发生熔化炉衬的事故。
4.蒸汽/油比：
重油部分氧化过程加入蒸汽，不仅是作为氧化剂与各种烃类进行反应，而且还可以起到缓冲炉温和抑制炭黑生成的作用。加入量的多少，生产中用蒸汽油比的大小来表示。
蒸汽作用：
（1）作为气化剂与各类烃发生反应。
（2）缓冲炉温，抑制碳黑生成。
（3）取400－500Kg蒸汽/t汽油。
原料油中杂质的影响
含硫量的影响
计算表明，含硫量增加时，干气及有效气体产量下降。硫不仅消耗H2及CO生成H2S和COS，而且也增加下游净化工序的负荷并加剧设备和管道的腐蚀。
‚原料油中C/H比的影响
当炭黑最终返回到原料油中时，C/H比将提高。此时，干气、有效气体产量下降，CO含量提高，H2含量下降。而用轻质原料油则相反。
ƒ原料油中水含量的影响
水并非认为加入，而是原料油中带来的。有水就等于加入蒸汽，但耗氧量比加蒸汽时会更大些。生产中需注意，因为通常以体积计算油量、氧量和氧/油比，油中水含量增加，油流量及氧/油比指标虽然不变，实际上氧/油比是增加了。如不注意调节则有超温的危险。（通常采用氧/油比及炉温串级调节来减少此类事故的发生）。
二、工艺流程
1. 由四个部分组成：
（1）原料油和气化剂（O2+H2O)的预热
（2）高温下部分氧化
（3）出口高温合成气的热能回收
（4）碳黑的消除与回收
2. 根据热能回收方式不同：
（1）德士古（Texaco) 激冷流程
（2）谢尔(Shell) 废热锅炉流程
德士古（Texaco) 激冷流程
激冷流程的特点：工艺流程简单，无废热锅炉，设备紧凑，操作方便，热能利用完全，可比废热锅炉流程在更高的压力下气化。不足之处是高温热能未能产生高压蒸汽，要求原料油含硫量低，一般规定S<1％，否则需用耐硫变换催化剂。
‚谢尔(Shell) 废热锅炉流程
废热锅炉流程的特点：利用高温热能产出高压蒸汽，对原料重油含硫量无限制，下游工序可采取先脱硫后变换的流程。不足之处是废热锅炉结构复杂，材料及制作要求高，故目前工业上气化压力限于6MPa以下。
ƒ石脑油萃取炭黑流程

三、主要设备
1.气化炉
顶部设置喷嘴
‚上部为燃烧室
ƒ下部为激冷室
④激冷环是下降管的水分配器，是气化炉最易损坏的部件。
⑤严重结渣问题
2.喷嘴
（1）重油气化对喷嘴的要求：
雾化好、气化反应好、寿命长、动力省
（2）喷嘴的结构及型式
结构：原料重油和气化剂通道‚内外喷头及调节机构ƒ冷却水套