由于石化行业窑炉大多需经过复杂的化学反应，因此对于所使用的耐火材料也有一些特殊要求。目前80%以上以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和氢气，蒸汽转化法用的主要设备是转化炉。因此，转化炉是合成氨厂和制氢工厂的关键设备之一。

 

 

　　转化炉的工艺特性

　　烃类原料有：天然气、油田气和轻油等，其所含主要成分是甲烷和其他饱和烃。

　　工业上利用水蒸气作氧化剂与甲烷等反应，在有触媒作用下制合成气。一般采用两段流程，在一段蒸汽转化炉（简称一段炉）中甲烷转化率大约65%?70%，再进入二段蒸汽转化炉（简称二段炉）中加入部分空气进行燃烧，进一步转化。如此既提高了甲烷的转化率，又节省燃料的消耗，同时达到配氮的目的。

　　年产30万吨合成氨厂一段炉的工艺特性：主要是将原料气里的烃（主要是甲烷）与水蒸气反应转化成氢气和一氧化碳，其反应式如下：

　　CH4+H2O=3H2+CO-Q

　　该反应是吸热反应，在转化管触媒床中进行，反应热由燃料烧嘴燃烧供给。其操作条件及影响因素有：

　　（1）操作温度。对吸热反应，提髙温度、使反应速度加快，同时对降低出口气体中的CO2及CH2的含量有利。实际受转化管材质的限制，操作时入口温度为510℃，出口温度为823℃左右，管壁高温度达900℃左右。

　　（2）操作压力。反应后的体积增加，低压对反应有利。但从整个装置的经济性出发，操作压力维持在29.4?34.3MPa（30-35kgf/Cm2）为宜。

　　（3）水碳比。水蒸气分子数和原料中碳原子数之比称为水碳比。为防止结碳并促进反应向右进行，需加入过量的水蒸气。通常把一段炉入口的水碳比维持在3.5：1左右。

　　（4）空速。空速增加，则生产强度提高。当空速增加时，工艺气体在炉管中停留时间减少，则出口甲烷含量也增高，不利于生产。主要受触媒活性和转化管平均传热强度限制。

　　一般在标准状态下，空速取1800m3原料气/(m3触媒·h)。

　　（5）转化管平均传热强度。提髙转化管平均传热强度是强化一段炉生产的主要手段，但受管材、炉型结构和触媒性能等限制。

　　烃类蒸汽转化法具有工艺流程短、投资省、能量利用合理、自动化程度高、环境污染少等优点，因此，应用极为广泛。

 

 

　　转化炉砌筑结构与常用耐火材料

　　（一）辐射室衬里结构

　　辐射室是一段炉的核心，炉墙结构的优劣直接影响转化工艺过程能否正常进行。

　　（1）炉墙，辐射段外壁温度为121℃，炉内温度为1250℃。炉墙耐火衬里共厚165mm，其中保温层厚轻质耐火砖厚114mm，其结构采用拉砖形式为宜。

　　（2）炉顶，采用吊挂结构，厚114mm，上面有51mm厚保温层。吊挂结构需多种异型砖，又较笨重，结构复杂，施工期长，砖易掉落。由于耐火纤维工业发展，现多被耐火纤维衬里代替。

　　（3）炉底，炉底有10条粘土砖彻筑的烟道，烟道宽610mm，高1440mm，烟道底为51mm厚的保温块和144mm厚的轻质耐火砖，在靠近辅助烧嘴一端3m内增加1层粘土砖。烟道顶用839mm*150mm*75mm的高铝板铺盖。

 

 

　　（二）过渡段衬里结构

　　过渡段是辐射段和对流段连接部分。炉墙工作面为152mm厚的轻质耐火混凝土浇注，内衬75mm厚的保温块。浇注的炉墙用Y型锚固钉固定。

　　炉底1层75mm保温块，上面浇注75mm厚的轻质耐火混凝土。

　　炉顶浇注152mm厚的耐火混凝土顶板。

　　（三）对流段衬里结构

　　对流段全部炉墙、炉底和炉顶都采用轻质耐火混凝土浇注。

　　（四）输气总管衬里结构

　　输气总管位于一段炉顶部，工艺气体在转化管转化后，经上升管汇集于输气总管，送到二段转化管。工艺气体温度为870℃，工作压力为3MPa（30.9kgf/cm2）。

　　输气总管长25.5m，该管为碳钢承压外壳，壳的外面设有水夹套进行冷却，内径为Φ726mm，管内为不锈钢（Cr18Ni8）衬套管，衬套管外径和碳钢外壳内径之间，浇注纯铝酸钙水泥空心球轻质耐火混凝土。该管的环形空间在其长度方向被内衬套管的合金钢支承环分隔26节，如下图所示。每节为一浇注单元，逐节进行浇注。

 

 

　　为防止硅迁移，凡与髙温含氢气流相接触的绝热耐火材料保证二氧化硅含量不大于0.5%。因在800℃以上的氢气流中的氢，将耐火材料中的二氧化硅被氢还原成一氧化硅，而在温度低于700℃时，又被氧化成固态的二氧化硅。这种硅迁移结果，会使输气总管之后的设备结垢而堵塞。另外，输气总管本身的绝热耐火层因大量“硅迁移”而丧失机械强度，以致松散脱落，使受压碳钢外壳直接受高温气流作用而破裂。

　　总而言之，转化炉各部位所使用的的耐火材料均有区别，对于施工要求也各不相同。只有性能满足要求的耐火材料、再加上合理的施工，才能使得加热炉的使用寿命符合预期。