對一氧化碳加壓變換系統的探究

王艷軍 常城(陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

對一氧化碳加壓變換系統的探究

王艷軍 常城(陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

影響一氧化碳變換反應的因素包括壓力、溫度、汽比、和空間速度，而其中加壓變換反應對于提高反應速度和生產能力的作用具有不可替代性，正因為其優勢十分明顯，因此探究一氧化碳加壓變換系統工藝是煤化企業重要的研究課題之一。本文從一氧化碳變換系統的概念和應用談起，接著對一氧化碳變換的現狀及發展趨勢進行了闡述，最后重點探究加壓變換反應中三種不同工藝的特點。

一氧化碳；加壓；變換反應；變換系統

一氧化碳變換系統在煤化企業的運用較為廣泛，基于其對原料氣的凈化和制造的雙重作用機理，因此其重要性不言而喻。影響一氧化碳變換反應的因素包括壓力、溫度、汽比、和空間速度等，本文的主要研究對象就是對一氧化碳加壓變換系統進行研究。因此需要了解一氧化碳變換的化學反應方程式，即：CO+H2O=CO2+H2。而一氧化碳變換反應從壓力的角度可以區分為兩種，一種是常壓形式，另外一種是加壓形式。后者相對于前者在提高一氧化碳反應速度和生產能力的方面具有不可替代的作用。同時還可以實現節能減排并降低企業成本的目標，目前大多數煤化企業在一氧化碳變換反應中較多地采用加壓系統的設備裝置。

1 對一氧化碳變換系統的簡要概述

首先，煤化企業在生產氨或甲醇的過程中，一氧化碳變換系統是其中重要的環節。一方面，原料氣中含有大量的一氧化碳，不僅會影響化工產品的生產，而且對催化劑有干擾影響。另一方面合成氨或甲醇產品所需原料氣體是氫氣，而通過一氧化碳變換反應就會得到相應的氫氣原料。因此一氧化碳變換系統既實現了對一氧化碳的凈化處理，同時又得到了產品生產制造所需的氫氣。其次，根據摩爾反應可知，要想實現對一氧化碳的轉換，必須要有足夠的水蒸氣作為變換反應的保障，基于此，一氧化碳變換系統在確保轉換效率的基礎上，要最大限度地減少對水蒸氣的消耗。

2 對煤化企業一氧化碳變換系統現狀及發展趨勢的分析

目前新型煤化企業對一氧化碳變換系統的應用多采取加壓變換方式，以確保反應效率的提升，同時降低生產成本，其中催化劑的選取方向以高活性為主。而常壓方式一般在年代久遠的老化工廠中所使用，因為傳統常壓下一氧化碳變換反應在自然狀態下，其反應速度很慢，無法完成生產需求，而采用的催化劑需要較高的溫度，從而會增加水蒸氣的消耗，因此常壓工藝逐漸被淘汰更新。基于一氧化碳變換反應的放熱性，這就對反應溫度的控制提出了要求，因此，盡量降低反應溫度，才能有利于實現節能減排的目標。近年來，隨著具有低溫活性催化劑的研發成功，煤化企業一氧化碳變換工藝的節能進展又取得了新突破。此外，在加壓變換系統工藝的改進和優化中，又陸續出現了中串低、中低低和全低溫工藝。隨著變換工藝的逐漸完善，節能效果也隨之提高。目前全低溫加壓變換工藝逐漸被認同和采用，極大地提高了反應速度和生產能力，此外還有效降低了蒸汽消耗和企業投資成本，同時也節約了觸媒用量。

3 對一氧化碳加壓變換系統中三種不同工藝特點的探究

3.1 中串低工藝的特點

該工藝的特點為：可降低原料中一氧化碳的含量，并減輕設備在處理加工中的負荷，對于原料氣的利用效果也有明顯的提升。另外，串聯低變爐的使用，使得操作更加便捷，管理也相對容易。而另一種串聯是將中變爐與主熱交換器位置互移，該方法雖然可以省去一個低變爐，對于后期成本的控制具有長遠效應，但是卻涉及改造的實施與投入，因此要與企業實際情況和未來規劃相匹配結合。

3.2 中低低工藝的特點

該工藝的特點為：首先，與中串低工藝對于，可以減少催化劑的使用，但是一旦發生設備泄露情況，必須要考慮催化劑的中毒問題，否則將會對接下來的反應流程造成巨大影響。因此對催化劑的抗毒性要求進一步提高。其次，需要催化劑具有很高的活性能力，同時對于水蒸氣的消耗有兩種選擇，當然為了節約生產成本，可以做到不使用外加蒸汽。此外，該工藝中鐵系添加劑的使用還可以起到改善反應條件的作用，其價格較低且方便管理。在中低低工藝中，對于二氧化硫的抑制較強，因此實現了對原料氣的凈化處理，并減少了硫類物質對設備的腐蝕侵害，這樣不僅提高了生產的安全性，并有效提升了設備的使用周期和壽命。最后，中低低工藝進一步加強了熱量的回收，并優化了熱水循環，可以確保變換氣溫在50℃以下的處理反應。基于此，該工藝比較適用于老廠改建或擴建的情況，具有成本低和效果好的優勢。

3.3 全低變工藝的特點

以上兩種工藝都不同程度地存在催化劑粉塵致使變爐失去活性的現象發生，而且這種情況也不可避免。因此，全低變工藝能夠在溫度更加低的環境下，改善變爐失活不良現象的發生和粉化問題，一般能夠延長催化劑的使用至5年之久。而節能效果和反應效率在同等條件下，全低變工藝都展現出其強大的優勢和能力。一方面，該工藝能夠降低床層阻力，進而增強了加工設備的能力，同時床層溫度和氣體體積的減少，進一步降低了壓縮能耗。另一方面，全低變工藝設備相對不占空間，而且操作也容易上手，利于對熱量的回收，而且可以有效抑制乙炔的產生。最后，對于主熱交換器和飽和水塔的熱值及負荷均有不同程度的降低，因此對于換熱區間可以確保其最小化，從而降低了水蒸氣的投入。此外，對于有機硫的處理轉換能力進一步提升，最高可提高5%的硫轉化率。

總之，隨著我國煤化企業生產加工能力的不斷提升，這就對一氧化碳加壓變換系統的完善和創新提出了更高要求。通過對三種不同的加壓變換工藝的特點對比，不難看出，全低變工藝是目前加壓處理中較為先進與合理的技術。

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