水冷夹套
加厚拱 顶
Shell转化炉拱顶采用 拱顶外加水冷夹套
GE转化炉采用 加厚转化炉拱顶
（5）废锅方案热回收效率高，合成气侧热阻小，适宜于 不需变换的工况；激冷方案投资省，出界区合成气水蒸汽 含量高，适宜于需要变换的工况，如制氢。
（6）在处理能力、甲烷转化效率等方面具有很大的优势， 特别适合于大型化气化装置。
二、技术创新点
研究开发方法
➢实验研究与建立数学模型和数值模拟相结合 ➢实验室研究与工业装置的运行分析相结合
气态烃间接转化制备合成气主要技术：
1. 蒸汽转化: Kellogg等 2. 自热转化: Topsøe等 3. 非催化部分氧化: Shell, GE(Texaco) 4. 催化部分氧化（研究阶段） 5. CO2重整（研究阶段）
SHELL PEARL GTL, QATAR (140,000 bbl/d)
工程问题：转化炉拱顶超温，装置不能安稳长满优运行
理论基础：复杂射流流动及其对拱顶对流与辐射传热的影响
技术关键：以“原料-喷嘴-炉体”合理匹配原理为基础，采用 新的砖结构型式，弱化了转化炉拱顶区域的热传 导，达到降低转化炉顶部区域温度的效果。 （专利：ZL 03262693.2）
创新点2 国外专利拱顶隔热衬里结构
气态烃高效清洁利用技术是企业核心竞争力
非催化部分氧化技术上世纪90年代为国外技术垄断
➢ 美国GE公司（收购原德士古技术）—6套 ➢ Shell公司—2套
单套引进专利费及专有设备费约1000万美元
国内发展亟需相关技术
➢ 大型化肥企业原料路线调整“油改气” ➢ 大量煤层气、焦炉气需要利用 ➢ 为页岩气利用提供技术基础 ➢ 中国石化、中国石油海外油气资源开发 ➢ 是“煤炭资源化利用发电技术协同创新中心”
Syngas Washing water
废锅流程 激冷流程
主要技术特点
（1）用氧化反应内热进行烃类蒸汽转化反应，不需外部 加热，热效率高。
（2）工艺流程和设备结构简单，无需催化剂，不需在转 化前脱硫，不受催化剂温度和硫含量的限制。
（3）合成气H2/CO约为2，适宜甲醇合成和FT合成油。 （4）转化炉只需少量外加蒸汽保护烧嘴。
氧气流量=0.75Nm3/h
350
氧气流量=0.50Nm3/h
300
250
200
150 100
50
0 0
20
40
60
80 100
COG射流速度/(m/s)
脱火高度与射流速度关系曲线
转化炉内速度等高线图 （喷嘴角度α＝70度）
转化炉温度分布等高线图
向速度u/m?s 轴－1 焰长度/(mm) 火
创新点1
气态烃非催化部分氧化 制合成气技术
介绍内容
一、技术背景 二、技术创新点 三、工业应用
一、技术背景
气态烃高效清洁利用是能源利用的核心技术
气态烃（天然气、油田气、焦炉气、煤层气、页 岩气等）是重要的能源资源和化工原料。通过气
态烃的间接转化，将其转化为富含CO+H2的气体 ，用途广泛。
气态烃高效清洁利用是能源利用的核心技术
大型冷模实验
冷态流场 浓度分布 停留时间分布
……
热模实验
火焰结构 反应过程
……
1996年应用基础研究 2000年开始工程开发
数学模型
工程放大
工业装置
从实验室结果一次成功 放大到大型工业装置
总体研究思路
气态烃非催化部分氧化平均温度1200℃以上，转化 过程属于快反应，传递过程是其控制步骤，核心是 工艺烧嘴与炉体匹配形成的流场。
Gaseous hydrocarbon
HP Steam
Syngas
Washing g water
Scrubbing tower
Reformer
Oxygen Steam/CO2
Gaseous Hydrocarbon
WHB BFW
Reformer
Scrubbing tower
Mixer
Waste water
➢形成了工艺烧嘴设计关键技术
气态烃工艺烧嘴
✓流道设置：使火焰形状收
敛而不发散。
✓结构设计：特殊材料及密 封结构使工艺烧嘴有足够 的高压、高温强度。
✓冷却方式：特殊的喷嘴头 部冷却型式使工艺烧嘴满 足长周期稳定操作的要求。
创新点2
创新点2：基于工艺烧嘴与转化炉匹配的思想，优化了 炉内顶部空间流场，开发了新的拱顶隔热衬里型式。
5 天然气制GTL合成气控制技术开发 制
（404089）
中国石化
6 富含甲烷气自热转化制合成气转化 炉(2006炉 (2006BAE02B02)A0202)
国家支撑 计划
资助金额 （万元）
800.0 40.0 200.0 150.0 7070.00
70.0
气态烃非催化部分氧化工艺流程
Oxygen Steam/CO2
重要的支撑方向
国家各类科技项目支持
序
计划编号及计划名称
号
计划类型
1 中国石油兰州石化油改气工程 （20014012）
中国石油
2 油改气联产甲醇技改项目（气化烧 中国海洋
嘴）（JF/0308-006-ZS)
石油
3 天然气非催化部分氧化新型烧嘴研 中国石化 究开发（404045）
4 天然气制GTL合成气工艺包开发（ 中国石化 404088）
创新点1
➢进行了系统的冷模实验、热模实验与数值模拟
罗茨鼓风机
流量计
模型 喷嘴
模 型 气 化 炉
激 光 发 生 器
镜头一
镜头二
分光器
信号 检测器 信号 处理器
水泵
冷模实验装置与流程
120
沿轴向最大速度分布
100
80
60
40 20
0
0
1
2Leabharlann 345轴向位置x/m
冷态速度分布
热模实验装置与流程
氧气流量=1.00Nm3/h
（专利：ZL 02151238.8，ZL02151143.8，ZL 2.X；ZL 2.0，ZL 2.9，ZL 2.5）
创新点1 ➢提出了转化炉区域模型
回流区：既有二次反应，又因氧
气的湍流扩散，也会有燃烧反应
2 1
发生， 称为一、二次反应共存区。
射流区：以燃烧为主，为一次反 应区（燃烧区）。
3
管流区：以二次反应为主，称为 二次反应区。
创新点1
创新点1：基于气化过程为传递控制的原理，创新性 地提出了新型气态烃非催化部分氧化工艺烧嘴。
工程问题：烧嘴与耐火砖寿命短、甲烷转化率和有效气成分低
理论基础：高温高压、湍流流动与复杂化学反应的相互作用， 流动过程密切相关的传递（混合）过程是控制步骤
技术关键：基于工艺烧嘴与炉体匹配的技术理念，优化气态 烃非催化部分氧化工艺烧嘴结构设计与流场调控。