气态烃非催化部分氧化制合成气技术
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Oxygen Steam/CO2 Gaseous hydrocarbon Washing g water Scrubbing tower HP Steam Syngas
Reformer
Oxygen Steam/CO2 Gaseous Hydrocarbon
WHB BFW
废锅流程
Waste water
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。
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）
0 0 20 40 60 80 100
COG射流速度/(m/s)
冷态速度分布
脱火高度与射流速度关系曲线
转化炉温度分布等高线图
创新点1
气态烃工艺烧嘴
形成了工艺烧嘴设计关键技术
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。
4 天然气制GTL合成气工艺包开发（ 中国石化 404088）
5 天然气制GTL合成气控制技术开发 制 （404089） 6 富含甲烷气自热转化制合成气转化 炉(2006炉 (2006BAE02B02)A0202) 中国石化
150.0
7070.00
国家支撑 计划
70.0
气态烃非催化部分氧化工艺流程
（专利：ZL 02151238.8，ZL02151143.8，ZL 200410025865.X；ZL 200420041534.0，ZL 200420041457.9，ZL 200920078278.5）
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 发生， 称为一、二次反应共存区。
创新点1
创新点1：基于气化过程为传递控制的原理，创新Leabharlann Baidu 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。
SHELL PEARL GTL, QATAR (140,000 bbl/d)
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” 重要的支撑方向
（4）转化炉只需少量外加蒸汽保护烧嘴。 （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
Syngas Washing water
Reformer
Scrubbing tower Mixer
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。
2
1
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
进行了系统的冷模实验、热模实验与数值模拟
模型 喷嘴 激 光 发 生 器 镜头一 分光器 模 型 气 化 炉 信号 罗茨鼓风机 处理器 镜头二 信号 检测器
流量计
水泵
冷模实验装置与流程
沿轴向最大速度分布
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 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）
实验室研究与工业装置的运行分析相结合
大型冷模实验
冷态流场 浓度分布 停留时间分布 ……
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
热模实验
火焰结构 反应过程 ……
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。
国家各类科技项目支持
序 号
1
计划编号及计划名称
中国石油兰州石化油改气工程 （20014012）
计划类型
中国石油 中国海洋 石油 中国石化
资助金额 （万元）
800.0 40.0 200.0
2 油改气联产甲醇技改项目（气化烧 嘴）（JF/0308-006-ZS) 3 天然气非催化部分氧化新型烧嘴研 究开发（404045）
350 300
热模实验装置与流程
氧气流量=1.00Nm3/h 氧气流量=0.75Nm3/h 氧气流量=0.50Nm3/h
转化炉内速度等高线图 （喷嘴角度α＝70度）
120 100
－1
向速度u/m?s 轴
焰长度/(mm) 火
80 60
250 200 150 100 50
40
20 0
0 1 2 3 轴向位置x/m 4 5
Reformer
Oxygen Steam/CO2 Gaseous Hydrocarbon
WHB BFW
废锅流程
Waste water
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。
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）
0 0 20 40 60 80 100
COG射流速度/(m/s)
冷态速度分布
脱火高度与射流速度关系曲线
转化炉温度分布等高线图
创新点1
气态烃工艺烧嘴
形成了工艺烧嘴设计关键技术
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。
4 天然气制GTL合成气工艺包开发（ 中国石化 404088）
5 天然气制GTL合成气控制技术开发 制 （404089） 6 富含甲烷气自热转化制合成气转化 炉(2006炉 (2006BAE02B02)A0202) 中国石化
150.0
7070.00
国家支撑 计划
70.0
气态烃非催化部分氧化工艺流程
（专利：ZL 02151238.8，ZL02151143.8，ZL 200410025865.X；ZL 200420041534.0，ZL 200420041457.9，ZL 200920078278.5）
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 发生， 称为一、二次反应共存区。
创新点1
创新点1：基于气化过程为传递控制的原理，创新Leabharlann Baidu 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。
SHELL PEARL GTL, QATAR (140,000 bbl/d)
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” 重要的支撑方向
（4）转化炉只需少量外加蒸汽保护烧嘴。 （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
Syngas Washing water
Reformer
Scrubbing tower Mixer
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。
2
1
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
进行了系统的冷模实验、热模实验与数值模拟
模型 喷嘴 激 光 发 生 器 镜头一 分光器 模 型 气 化 炉 信号 罗茨鼓风机 处理器 镜头二 信号 检测器
流量计
水泵
冷模实验装置与流程
沿轴向最大速度分布
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 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）
实验室研究与工业装置的运行分析相结合
大型冷模实验
冷态流场 浓度分布 停留时间分布 ……
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
热模实验
火焰结构 反应过程 ……
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。
国家各类科技项目支持
序 号
1
计划编号及计划名称
中国石油兰州石化油改气工程 （20014012）
计划类型
中国石油 中国海洋 石油 中国石化
资助金额 （万元）
800.0 40.0 200.0
2 油改气联产甲醇技改项目（气化烧 嘴）（JF/0308-006-ZS) 3 天然气非催化部分氧化新型烧嘴研 究开发（404045）
350 300
热模实验装置与流程
氧气流量=1.00Nm3/h 氧气流量=0.75Nm3/h 氧气流量=0.50Nm3/h
转化炉内速度等高线图 （喷嘴角度α＝70度）
120 100
－1
向速度u/m?s 轴
焰长度/(mm) 火
80 60
250 200 150 100 50
40
20 0
0 1 2 3 轴向位置x/m 4 5