由于石化行業窯爐大多需經過復雜的化學反應，因此對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，用蒸汽轉化法生產合成氨原料氣和氫氣，蒸汽轉化法用的主要設備是轉化爐。因此，轉化爐是合成氨廠和制氫工廠的關鍵設備之一。

 

 

　　轉化爐的工藝特性

　　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。

　　工業上利用水蒸氣作氧化劑與甲烷等反應，在有觸媒作用下制合成氣。一般采用兩段流程，在一段蒸汽轉化爐（簡稱一段爐）中甲烷轉化率大約65%?70%，再進入二段蒸汽轉化爐（簡稱二段爐）中加入部分空氣進行燃燒，進一步轉化。如此既提高了甲烷的轉化率，又節省燃料的消耗，同時達到配氮的目的。

　　年產30萬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）與水蒸氣反應轉化成氫氣和一氧化碳，其反應式如下：

　　CH4+H2O=3H2+CO-Q

　　該反應是吸熱反應，在轉化管觸媒床中進行，反應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。對吸熱反應，提髙溫度、使反應速度加快，同時對降低出口氣體中的CO2及CH2的含量有利。實際受轉化管材質的限制，操作時入口溫度為510℃，出口溫度為823℃左右，管壁高溫度達900℃左右。

　　（2）操作壓力。反應后的體積增加，低壓對反應有利。但從整個裝置的經濟性出發，操作壓力維持在29.4?34.3MPa（30-35kgf/Cm2）為宜。

　　（3）水碳比。水蒸氣分子數和原料中碳原子數之比稱為水碳比。為防止結碳并促進反應向右進行，需加入過量的水蒸氣。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，則生產強度提高。當空速增加時，工藝氣體在爐管中停留時間減少，則出口甲烷含量也增高，不利于生產。主要受觸媒活性和轉化管平均傳熱強度限制。

　　一般在標準狀態下，空速取1800m3原料氣/(m3觸媒·h)。

　　（5）轉化管平均傳熱強度。提髙轉化管平均傳熱強度是強化一段爐生產的主要手段，但受管材、爐型結構和觸媒性能等限制。

　　烴類蒸汽轉化法具有工藝流程短、投資省、能量利用合理、自動化程度高、環境污染少等優點，因此，應用極為廣泛。

 

 

　　轉化爐砌筑結構與常用耐火材料

　　（一）輻射室襯里結構

　　輻射室是一段爐的核心，爐墻結構的優劣直接影響轉化工藝過程能否正常進行。

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

　　（2）爐頂，采用吊掛結構，厚114mm，上面有51mm厚保溫層。吊掛結構需多種異型磚，又較笨重，結構復雜，施工期長，磚易掉落。由于耐火纖維工業發展，現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厚的輕質耐火磚，在靠近輔助燒嘴一端3m內增加1層粘土磚。煙道頂用839mm*150mm*75mm的高鋁板鋪蓋。

 

 

　　（二）過渡段襯里結構

　　過渡段是輻射段和對流段連接部分。爐墻工作面為152mm厚的輕質耐火混凝土澆注，內襯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厚的輕質耐火混凝土。

　　爐頂澆注152mm厚的耐火混凝土頂板。

　　（三）對流段襯里結構

　　對流段全部爐墻、爐底和爐頂都采用輕質耐火混凝土澆注。

　　（四）輸氣總管襯里結構

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

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

 

 

　　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，又被氧化成固態的二氧化硅。這種硅遷移結果，會使輸氣總管之后的設備結垢而堵塞。另外，輸氣總管本身的絕熱耐火層因大量“硅遷移”而喪失機械強度，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，轉化爐各部位所使用的的耐火材料均有區別，對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期。