半水煤氣變換全低變改造的工藝分析

摘要：水煤氣的主要成份是H2和CO，是由水蒸汽與灼熱的無煙煤或焦炭作用而得。水煤氣的主要用途是制作合成氨原料氣以及用作工業(yè)或生活燃料。本文以石家莊中冀正元化工有限公司的變換全低變改造項(xiàng)目為例，對半水煤氣凈化工藝進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：合成氨半水煤氣凈化能耗分析

1 工藝技術(shù)方案及工藝流程

石家莊中冀正元化工有限公司的變換全低變改造項(xiàng)目的目的是將我公司現(xiàn)在變換采用的等溫變換工藝改造成全低變工藝。新上一套三段全低變變換爐。對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，改善煤氣變換效果。預(yù)期達(dá)到如下變換效果：變換氣主要組分按如下計(jì)算：CO：30%；CO2：7.5%；H2： 41%；N2: 20%；O2：0.4%；CH4:1.5%。

系統(tǒng)出口CO：根據(jù)甲醇產(chǎn)量調(diào)節(jié)。①1.5～2%。②10～12%（多產(chǎn)甲醇時(shí)）。

這樣有效解決我公司變化工段設(shè)備緊張，產(chǎn)量有限，無備用設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障將影響生產(chǎn)的局面；對變換增量、增效具有實(shí)際意義。項(xiàng)目完成后，日產(chǎn)總氨550噸，變換氣流量～75000Nm3/h。為減少停車時(shí)間，定做一臺(tái)Φ4400全低變變換爐，在充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行全低變換改造，控制變換出口CO含量1.5～2%。

Φ4400變換爐改造方案說明：

①將采購的魯西化工的Φ4400低變爐改造成為三段觸媒，爐內(nèi)噴水，噴水段內(nèi)襯不銹鋼、噴頭采用華碩科技股份有限公司專用產(chǎn)品。觸媒裝填約100m3，一段觸媒高度約1.8m，二段觸媒高度約2.1m，三段觸媒高度約2.6m。②開工時(shí)需用電加熱器功率≥1500KW。③改造后的工藝流程：氣體流程：來壓縮機(jī)二段（0.8MPa-0.9MPa）的半水煤氣是經(jīng)過焦炭過濾器除油后進(jìn)入飽和塔與循環(huán)熱水傳質(zhì)傳熱的；而出飽和塔的半水煤氣經(jīng)氣液分離器分離夾帶的水分先后進(jìn)等溫?zé)峤慌c變換出口的變換氣換熱后進(jìn)保護(hù)劑罐，再進(jìn)變換一段（Φ4400變換爐第一層觸媒段）進(jìn)行變換反應(yīng)。經(jīng)增濕噴水降溫層后進(jìn)入變換二段（Φ4400變換爐第二層觸媒段）繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)。變換二段出口變換氣～390℃、CO～10%。經(jīng)三段變換（Φ4400變換爐第三層觸媒段）后，～290℃，CO～1.5%（根據(jù)甲醇產(chǎn)量的需求調(diào)整是否需要過第三段觸媒）。經(jīng)等溫?zé)峤缓蟆?20℃，經(jīng)一水加熱器降溫，進(jìn)入熱水塔，出熱水塔變換氣經(jīng)冷卻器冷卻分離后去變脫工段。在等溫?zé)峤粨Q器與保護(hù)劑罐之間加低溫電加熱器，低溫電加熱器放到保護(hù)劑罐上邊，在開工時(shí)加熱用，開工以后，低溫電加熱器作為管道使用。水流程：熱水塔出口熱水經(jīng)循環(huán)水泵加壓，一部分去合成軟水，另一部分經(jīng)軟水加熱器加熱后與合成軟水加來的熱軟水混合后進(jìn)入飽和塔。④原氣液分離器偏小，新增氣液分離器規(guī)格ф2800×～6000，材質(zhì)用復(fù)合板，以防止飽和塔帶水腐蝕熱交。⑤Φ4400變換爐應(yīng)注意進(jìn)、出口氣體分布器結(jié)構(gòu)。⑥以后噴水，采用現(xiàn)有的鍋爐給水。⑦現(xiàn)有低變加熱電爐偏小，需新上一臺(tái)功率≥1500KW電加熱爐或開工時(shí)臨時(shí)借用串聯(lián)一個(gè)外接電爐。⑧要改動(dòng)的主流程氣體管線有：飽和塔出口到氣液分離器、氣液分離器到熱交、熱交到Φ4400變換爐進(jìn)口，Φ4400變換爐出口變換氣到熱交。⑨關(guān)于催化劑的裝填，按煤氣流量75000Nm3/h建議方案如下：

變換爐觸媒裝填約100m3，一段觸媒高度約1.8m，二段觸媒高度約2.1m，三段觸媒高度約2.6m。

2 全低變工藝的優(yōu)點(diǎn)

全低變工藝是將原有的溫變換系統(tǒng)熱點(diǎn)溫度降低100℃以上，從而有利于一氧化碳變換反應(yīng)的平衡。該工藝帶來的效益具體如下。

①原中變催化劑用量減少1／2以上，降低了床層阻力，提高了變換爐的設(shè)備能力。②床層溫度下降100～200℃，氣體體積縮小25％，降低系統(tǒng)阻力，減少壓縮機(jī)功率消耗。③無費(fèi)托副反應(yīng)，杜絕了生成乙炔的反應(yīng)，減少銅液的消耗，從而也防止了“帶液”現(xiàn)象。④換熱面積減少1/2左右。⑤從根本上解決了中變催化劑的粉化問題，改善了催化劑的裝卸勞動(dòng)衛(wèi)生條件。⑥提高了有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化能力，在相同操作條件和工況下全低變工藝比中串低或中低低工藝有機(jī)硫轉(zhuǎn)化率提高5％。⑦操作容易，啟動(dòng)快，增加了有效運(yùn)行時(shí)間。⑧降低了對變換爐的材質(zhì)要求。⑨催化劑使用壽命長，一般可使用5年左右，最長的已使用了12年。⑩可放寬1次脫硫指標(biāo)，從而降低了脫硫費(fèi)用。

3 微量CO+CO2的脫除

微量CO+CO2的脫除一般采用甲烷化、烴化、銅洗及深冷和液氮洗等幾種工藝。目前，微量CO+CO2通過烴化的方法轉(zhuǎn)化成可冷卻分離的烴類物質(zhì)，從而減少了精制氣中惰性氣體的含量，對氨合成反應(yīng)極為有利。

4 結(jié)束語

4.1 現(xiàn)在我公司變換工段能滿足日氨產(chǎn)量400-450噸的能力，經(jīng)改造后可達(dá)到日氨產(chǎn)量550噸的生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)效率約25%，月多產(chǎn)氨3000噸。

4.2 現(xiàn)有崗位人員不變，提高生產(chǎn)效率即是節(jié)約人工成本，按每月9個(gè)人領(lǐng)工資，人均2200元，每月可節(jié)省人工成本約5000元，一年6萬元。

4.3 該項(xiàng)目充分利用舊設(shè)備進(jìn)行改造，避開了新設(shè)備的高價(jià)格和不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，降低了設(shè)備費(fèi)用，節(jié)約資金。初步估算3年可收回成本。該項(xiàng)目充分利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)革新，提高產(chǎn)量和收率，性價(jià)比較高，建議立項(xiàng)實(shí)施。

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