笫38卷第5期化工設(shè)計(jì)通訊2012年10月Chemical Enginecring Design Communications27變換工藝的選擇徐建平(云南云天化國際化工股份有限公司紅磷分公司,云南開遠(yuǎn)661600要:從變換的目的出發(fā),論述了變換反應(yīng)的段數(shù)選擇,從熱量平衡角度論述了飽和熱水塔與系統(tǒng)關(guān)系,并介紹變換工藝流程的選擇原則。關(guān)鍵詞:變換;設(shè)置;工藝;催化劑;飽和熱水塔中圖分類號:TQ113.26-4.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1003-6490(2012)05-0027-03Selection of Syngas Shift ProcessXU Jian-ping( Red Phosphorus Branch of Yunnan Yuntianhua International Chemical Co, LtdKaiyuan Yunnan 661600, China)Abstract: From purpose of syngas shift process, to elaborate stages selecting for syngas shiftreaction. From the perspective of the heat balance, to describe the relationship between saturated hotyater tower and system energy consumption, and to introduce syngas shift process selection principleKey words: shift; install; process; catalyst; saturated hot water tower1變換的目的及原理的生產(chǎn)工藝要求。1.2變換的原理1.1變換的目的1.2.1化學(xué)反應(yīng)變換是在一氧化碳?xì)怏w中加入蒸汽,在催化CO+H2O-CO2+H2+Q劑作用下轉(zhuǎn)化為二氧化碳,以便在后工序中脫從上面的化學(xué)反應(yīng)式可以看出,這是一個(gè)等除,同時(shí)獲得原料氫氣,從而滿足合成氨或甲醇體積反應(yīng),壓力對反應(yīng)無影響。壓力的選擇要與收稿日期:2012-07-30作者簡介:徐建平(1963—),男,云南彌勒人,化工高級工程師,副總工程師,從事合成氨生產(chǎn)與管理30年。(2)節(jié)約電量4~7月老系統(tǒng)噸氨氦平均電工藝成熟、切合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案,采用國內(nèi)成熟耗1290.25kW·h,而新系統(tǒng)十天噸氨平均電耗技術(shù)及廢舊設(shè)備,降低投資1206kW·h。在新系統(tǒng)投運(yùn)之前,老系統(tǒng)是六臺2)解決了阻力大和蒸汽消耗高兩個(gè)致命的壓縮機(jī)生產(chǎn),也就是4~7月的噸氨醇電耗是問題,開車至今運(yùn)行結(jié)果表明,達(dá)到甚至超過了1290.25kW·h。新系統(tǒng)投人運(yùn)行后,仍是六臺國內(nèi)先進(jìn)水平壓縮機(jī)生產(chǎn),噸氨醇電耗下降了84.25kW·h,(3)自動化水平高,儀表選型切實(shí)可靠與適凸顯新系統(tǒng)的節(jié)電效果。因?yàn)槔舷到y(tǒng)阻力大度先進(jìn)相結(jié)合。(0.2MPa),壓縮機(jī)耗電量就高,新系統(tǒng)阻力僅(4)設(shè)備、管道布置合理,節(jié)約土地0.03MPa,使壓縮機(jī)效率大大提高,電耗明顯5)在環(huán)境保護(hù)方面,同時(shí)采用行之有效的下降“三廢”治理措施,實(shí)行“三同時(shí)”的原則。曹造工程.一次開車成功,完7結(jié)論全起到節(jié)中國煤化工帶來巨大的經(jīng)(1)結(jié)合本公司實(shí)際情況,選擇技術(shù)先進(jìn)、濟(jì)效益。CNMHG28·化工設(shè)計(jì)通訊第38卷前后工藝過程,設(shè)備占地,投資規(guī)模等因素相配Co-Mo系低溫變換催化劑,工作溫度在180套考慮。480℃。低溫變換催化劑的出現(xiàn),使氣體能夠這是一個(gè)放熱反應(yīng),高溫不利于正反應(yīng)進(jìn)進(jìn)行深度變換,氣體中的CO能夠達(dá)到0.5%以下行,對應(yīng)每一個(gè)溫度點(diǎn)有不同的平衡常數(shù),不同以下提到的低變都是指用這類催化劑的低變。溫度點(diǎn)的連接形成平衡常數(shù)曲線;但是溫度低又從中變到中串低,再到全低變,噸氨蒸汽消不利于反應(yīng)速度。針對不同的催化劑,有不同的耗越來越低(從500kg降到250kg),系統(tǒng)阻力越活化能,在不同反應(yīng)率時(shí),反應(yīng)有一個(gè)最佳溫度來越小(從0.1MPa降到0.05MPa),變換率越點(diǎn),不同反應(yīng)率對應(yīng)的最佳溫度點(diǎn)形成最佳溫度來越高(系統(tǒng)出口CO從3.5%降到0.5%)曲線。工業(yè)操作為獲得最好的效果,反應(yīng)必須在1.3變換系統(tǒng)的設(shè)置最佳溫度曲線附近進(jìn)行,反應(yīng)器必須設(shè)置為有段一是考慮變換催化劑在最佳溫度曲線附近運(yùn)間熱交換的多段形式。圖1是一個(gè)三段變換爐的行。這就要求對變換爐的催化劑進(jìn)行分段,并設(shè)三條曲線。置段間降溫或冷激過程。二是考慮工藝對出變換系統(tǒng)一氧化碳的要求。若后工序帶聯(lián)醇、醇烷化、醇烴化等工藝要求一氧化碳高些的,出口一氧化碳可高到4%5%或更高,蒸汽消耗會低點(diǎn)。對銅洗、低溫液氮洗流程,出口一氧化碳可低到0.5%以下。平衡曲線三是考慮變換系統(tǒng)的熱能利用。反應(yīng)熱盡量在本工段回收,以降低蒸汽的消耗,多余的低位最佳溫度曲線熱回收到其他工段利用。段變換操作曲線對新建系統(tǒng)而言,要求一氧化碳在0.5%以圖1三段變換爐溫度曲線下的深度變換,采用四段催化劑為宜。要求一氧化碳在2%左右的,采用三段催化劑就可。12.2變換催化劑的種類對老系統(tǒng)改造而言,要根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況及Cuzn系變換催化劑,其工作溫度要在200要求的一氧化碳含量合理選定催化劑的段數(shù)。260C。這類催化劑一是變換溫區(qū)太窄,要用2變換工藝(圖2、3、4、5)很多段催化劑才能達(dá)到目的;二是對硫化物及鹵族元素十分敏感,從出現(xiàn)就沒有在工業(yè)中大規(guī)f3上述工藝的比較使用過。在上述的四種工藝中,圖2所示的純中變流FeCr中溫變換催化劑,工作溫度在320~程已經(jīng)為數(shù)不多,只討論后面幾種。500℃。中溫變換催化劑的出現(xiàn),使氣體中的(1)噸氨實(shí)際蒸汽消耗中串低流程450~CO能夠達(dá)到3.5%以下,從而在合成氨工業(yè)中500kg,無飽和熱水塔的全低變流程400kg左得到了空前的應(yīng)用。右,有飽和熱水塔的全低變流程250kg壓縮米塔壓縮來塔中鍋爐給水加器爐給水低調(diào)溫水變調(diào)溫水加水冷器]去脫去脫碳中國煤化工圖2中溫變換流程CNMHG第5期徐建平:變換工藝的選擇29壓縮來/和壓縮米給分增濕器加調(diào)溫水加過熱蒸汽溫水加冷器去脫做釗脫碳圖4有飽和塔的全低變流程圖5無飽和熱水塔的全低變流程(2)系統(tǒng)阻力在相同的設(shè)備規(guī)格和干半水把系統(tǒng)多余的熱量通過加熱水,移到其他工段煤氣處理量的前提下,因系統(tǒng)溫度及加入蒸汽量(如鍋爐工段)去用,看起來蒸汽消耗就高些的影響,中串低流程阻力最大,為0.080.MPa,有飽和熱水塔的全低變流程次之,達(dá)耐硫全低變的操作條件到0.05MPa,無飽和熱水塔的全低變流程最低,耐硫全低變工藝較先進(jìn),但使用也是有限制為0.03MPa。的(3)電耗中串低流程最高,有飽和熱水塔(1)所處理氣體中的硫化氫含量,要求大于的全低變流程次之,無飽和熱水塔的全低變流程0.07g/m3,否則易產(chǎn)生反硫化,影響催化劑使最低用效果。硫化氫含量無上限。(4)投資有飽和熱水塔的全低變流程最(2)使用溫度在190~380℃,低了不到活高,中串低流程次之,無飽和熱水塔的全低變流化能的起活溫度,高了一是影響變換率,二是造程最低。成反硫化,三是影響催化劑的壽命,四是加大了(5)長期運(yùn)行可靠性(主要從腐蝕上考慮)系統(tǒng)阻力無飽和熱水塔的全低變流程最高,中串低流程次(3)不同壓力的L藝,對催化劑有不同的要之,有飽和熱水塔的全低變流程最低求,在4.5MPa情況下,多用K8-11、QCS等。(6)熱平衡分析2.7MPa以下的,國產(chǎn)就可滿足。進(jìn)入系統(tǒng)的熱量Q1+反應(yīng)熱Q=出系統(tǒng)的(4)對全低變,氧含量不高于0.5%,否則熱量Q2產(chǎn)生巨大溫升反應(yīng)熱Q為變換反應(yīng)的熱量。進(jìn)入系統(tǒng)的熱量Q包括蒸汽帶入熱量,半水煤氣帶入熱5結(jié)論量。出系統(tǒng)的熱量Q包括系統(tǒng)熱損失,冷卻水(1)新建的系統(tǒng),在催化劑的段數(shù)上,常規(guī)帶走的熱量,變換氣帶走的熱量,冷凝液帶出熱。變換用三段,深度變換則用四段。只要變換率相同,不管用哪種流程,反應(yīng)熱(2)老系統(tǒng)的改造,在催化劑的段數(shù)上均應(yīng)一致?lián)舷到y(tǒng)的設(shè)備情況以及變換率要求來定。不論哪種流程,需要的蒸汽加入量是由所用(3)新建的系統(tǒng),推薦無飽和熱水塔的全低催化劑性能和系統(tǒng)自身回收的熱量決定的。Q2變流程,強(qiáng)化中間過程的熱能回收。中的系統(tǒng)熱損失、變換氣帶走的熱量、冷卻水帶(4)老系統(tǒng)的改造,加強(qiáng)飽和熱水塔的內(nèi)防走的熱在負(fù)荷一定時(shí)是一個(gè)常量,加入蒸汽量腐,如采用噴鋁等,填料采用耐腐蝕材質(zhì),如不大,排出的冷凝水多,系統(tǒng)的熱損失就大。有飽銹鋼和熱水塔的流程,把多余的熱量回收在系統(tǒng)內(nèi)部云天紅分公司的中任低改造為全低用,看起來蒸汽消耗低。無飽和熱水塔的流程,變時(shí),采中國煤化工全低變流程。CNMHG