合成氨装置炉衬用耐火材料

化工工业炉的种类繁多，使用条件十分苛刻，有在高温常压下工作的，也有在高温高压下工作的，同时还有与工艺气体直接接触的。特别是存在高温高用下，与工艺气体直接接触的化工炉，其耐火砖炉衬损毀更快。因为工艺气体中含有H2、CO、CH4等成分，其在一定条件下它们能与衬里耐火砖发生反应，从而降低其使用寿命。例如，在926℃时,H2与SiO2反应生成H2O和SiO2，后者呈气态挥发而损毁衬里；当温度在700℃以上时，SiO2又与O2发生反应，生成SiO2而堵寒没备管道。在这种情况下，炉衬材质必须选用低硅高纯刚玉砖或刚玉质耐火浇注料。这就是说，化工工业炉不但需要普通耐火材料，而且需要要高级或碱性耐火材料，才能满足生产工艺的要求。下面河南耐火材料介绍下合成氨装置炉衬用耐火材料。

合成氨装置是化工工业炉中的典型热工设备，是生产化肥的重要装置，各国普遍使用。

合成氨装置一般是由一段、二段转化炉、变换炉废热锅炉、蓄热炉和燃烧炉等热工设备组成的，一般系高压操作，使用温度范围通常为400~1500℃。

目前，合成氨装置向大型化方向发展（日产能力达到100吨左右），普遍采用高温高压操作又有工艺气体侵蚀，因此炉衬耐火材料的工作条件极力恶劣，选用的耐火材料必须具备下列条件：

1)高温下体积稳定性好；

2）高温商压下，与工艺气体如氢等不发生化学反应；

3）透气性宜低，而且当有气体通过时不被润湿；

4）低硅低铁等高纯耐火材料。

表9-4为日本合成氨装置用耐火材料的性能和使用部位，从表中看出，合成氨用耐火材料的强度较高，耐磨性较好；重烧线变化和线膨胀率较小，体积稳定性好；优质浇注料中含呈较低，能够抵抗工艺气体的化学侵蚀。

在合成氨装置中，转化炉是最重要的制气热工设备。转化炉的种类较多，可分为一段、二段和间歇式等转化炉，工作压力为 20~40公斤/厘米²，又有触媒和工艺气体的磨损和侵蚀，使用温度一般为800~1000℃，有的可达到1300~1400℃，局部部位为1500℃左右。

―段转化炉-般为方箱式排管形的，其炉体是由辐射段、对流段和辅助锅炉组成的。一段转化炉的作用是采用蒸汽转化法将天然气和油田气（即主要成分甲烷）变成氢和一氧化碳。在炉温为822℃、压力为31.6公斤/厘米²和水碳比为3.5的条件下，甲烷从上而下通过辐射段转化管时，在触媒镍的作用下就能与蒸汽发生反应，并吸收大量的热量。

一段转化炉辐射段的使用温度约为1260℃，其衬里主要采用耐火砖砌筑。图9-7为炉墙衬体的构造示意图。该墙采用轻质耐火砖和矿棉保温块砌筑的，厚度分别为114.3毫米和50.8毫米。

为了保证墙体的稳定，每隔-定距离安装支撑板和拉砖钩；炉顶系用异型耐火砖吊挂结构，并适当用矿渣棉保温；炉底衬里构造与炉墙基本一样，但不设支撑板和拉砖钩。

一段转化炉对流段和辅助锅炉的使用温度分别为1093℃和 1427℃，其衬里主要采用陶粒姪石耐火浇注料和轻质耐火砖混合使用。前者的体积配合比为高铝水泥：陶粒：姪石= 1:2:4，后者的体积密度约为0.74克/厘米³。

二段转化炉是合成氨装置中的关键设备，其作用是继续转化由一段炉送来的转化气，同时鼓进空气以满足合成氨所泥要的氮气。

二段转化炉是一个橄榄形的高温高压的热工容器，如图9-8所示。该炉上部为气体分配筒，使用温度一般为1400℃左右，有时达1500℃以上；下部系装有人作触媒剂的触媒催化区，也称作触媒床或反应段。如果炉子较大时，触媒床必须架空。当采用异型耐火砖砌筑时，一般做成半圆形拱，并留设若干个孔，便于气体流通；当采用耐火浇注料浇灌时，可做成任何形状的，同时留设通气孔。

在装触媒剂之前，为了防止触媒漏掉，应装入刚玉球，先装该直径50.8亳米的，再装直径25.4亳米的。当两层刚玉球装完后，即可装触媒剂；为了避免燃烧段的高温气流对触媒床上表面的触媒进行冲击，装完触媒后，再铺盖一层刚玉球，或者用厚度为50.8毫米的刚玉砖遮盖。刚玉砖上设有直径10毫米的小孔若干个,以便气体流通。这些刚玉砖都是低硅低铁的，否则易被还原性气体侵蚀而损坏，堵塞工艺气体的流通，影响生产。

日本两段转化炉内衬系采用耐火浇注料浇灌的，先浇一层80毫米厚的轻质耐火材料，养护到期后再浇一层130毫米厚的耐火浇注料，最后浇灌刚玉质耐火浇注料A作工作层。材料性能列于表9-4中。为了使炉衬与先体连接牢固，普遍采用V型或Γ型金属锚固钉作固定件，但顶端应远离炉衬工作面，以防烧坏。

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