對一氧化碳加壓變換系統(tǒng)的探究

王艷軍 常城(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)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(tǒng)的探究

王艷軍 常城(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)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(yīng)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(yīng)對于提高反應(yīng)速度和生產(chǎn)能力的作用具有不可替代性，正因?yàn)槠鋬?yōu)勢十分明顯，因此探究一氧化碳加壓變換系統(tǒng)工藝是煤化企業(yè)重要的研究課題之一。本文從一氧化碳變換系統(tǒng)的概念和應(yīng)用談起，接著對一氧化碳變換的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述，最后重點(diǎn)探究加壓變換反應(yīng)中三種不同工藝的特點(diǎn)。

一氧化碳；加壓；變換反應(yīng)；變換系統(tǒng)

一氧化碳變換系統(tǒng)在煤化企業(yè)的運(yùn)用較為廣泛，基于其對原料氣的凈化和制造的雙重作用機(jī)理，因此其重要性不言而喻。影響一氧化碳變換反應(yīng)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(tǒng)進(jìn)行研究。因此需要了解一氧化碳變換的化學(xué)反應(yīng)方程式，即：CO+H2O=CO2+H2。而一氧化碳變換反應(yīng)從壓力的角度可以區(qū)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(yīng)速度和生產(chǎn)能力的方面具有不可替代的作用。同時還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排并降低企業(yè)成本的目標(biāo)，目前大多數(shù)煤化企業(yè)在一氧化碳變換反應(yīng)中較多地采用加壓系統(tǒng)的設(shè)備裝置。

1 對一氧化碳變換系統(tǒng)的簡要概述

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

2 對煤化企業(yè)一氧化碳變換系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的分析

目前新型煤化企業(yè)對一氧化碳變換系統(tǒng)的應(yīng)用多采取加壓變換方式，以確保反應(yīng)效率的提升，同時降低生產(chǎn)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(yuǎn)的老化工廠中所使用，因?yàn)閭鹘y(tǒng)常壓下一氧化碳變換反應(yīng)在自然狀態(tài)下，其反應(yīng)速度很慢，無法完成生產(chǎn)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(yīng)的放熱性，這就對反應(yīng)溫度的控制提出了要求，因此，盡量降低反應(yīng)溫度，才能有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。近年來，隨著具有低溫活性催化劑的研發(fā)成功，煤化企業(yè)一氧化碳變換工藝的節(jié)能進(jìn)展又取得了新突破。此外，在加壓變換系統(tǒng)工藝的改進(jìn)和優(yōu)化中，又陸續(xù)出現(xiàn)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(jié)能效果也隨之提高。目前全低溫加壓變換工藝逐漸被認(rèn)同和采用，極大地提高了反應(yīng)速度和生產(chǎn)能力，此外還有效降低了蒸汽消耗和企業(yè)投資成本，同時也節(jié)約了觸媒用量。

3 對一氧化碳加壓變換系統(tǒng)中三種不同工藝特點(diǎn)的探究

3.1 中串低工藝的特點(diǎn)

該工藝的特點(diǎn)為：可降低原料中一氧化碳的含量，并減輕設(shè)備在處理加工中的負(fù)荷，對于原料氣的利用效果也有明顯的提升。另外，串聯(lián)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(lián)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(yuǎn)效應(yīng)，但是卻涉及改造的實(shí)施與投入，因此要與企業(yè)實(shí)際情況和未來規(guī)劃相匹配結(jié)合。

3.2 中低低工藝的特點(diǎn)

該工藝的特點(diǎn)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(fā)生設(shè)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(yīng)流程造成巨大影響。因此對催化劑的抗毒性要求進(jìn)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(dāng)然為了節(jié)約生產(chǎn)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(yīng)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(qiáng)，因此實(shí)現(xiàn)了對原料氣的凈化處理，并減少了硫類物質(zhì)對設(shè)備的腐蝕侵害，這樣不僅提高了生產(chǎn)的安全性，并有效提升了設(shè)備的使用周期和壽命。最后，中低低工藝進(jìn)一步加強(qiáng)了熱量的回收，并優(yōu)化了熱水循環(huán)，可以確保變換氣溫在50℃以下的處理反應(yīng)。基于此，該工藝比較適用于老廠改建或擴(kuò)建的情況，具有成本低和效果好的優(yōu)勢。

3.3 全低變工藝的特點(diǎn)

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(xiàn)象發(fā)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(huán)境下，改善變爐失活不良現(xiàn)象的發(fā)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(jié)能效果和反應(yīng)效率在同等條件下，全低變工藝都展現(xiàn)出其強(qiáng)大的優(yōu)勢和能力。一方面，該工藝能夠降低床層阻力，進(jìn)而增強(qiáng)了加工設(shè)備的能力，同時床層溫度和氣體體積的減少，進(jìn)一步降低了壓縮能耗。另一方面，全低變工藝設(shè)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(chǎn)生。最后，對于主熱交換器和飽和水塔的熱值及負(fù)荷均有不同程度的降低，因此對于換熱區(qū)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(jī)硫的處理轉(zhuǎn)換能力進(jìn)一步提升，最高可提高5%的硫轉(zhuǎn)化率。

總之，隨著我國煤化企業(yè)生產(chǎn)加工能力的不斷提升，這就對一氧化碳加壓變換系統(tǒng)的完善和創(chuàng)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(diǎn)對比，不難看出，全低變工藝是目前加壓處理中較為先進(jìn)與合理的技術(shù)。

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