化肥工業(yè)第42卷第3期低壓變換工藝比較王宏葛,夏偉偉,王秀娥(河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司河北石家莊050061摘要分析了中低低工芑、全低變工藝和等溫變換工藝的優(yōu)缺點(diǎn),討論了變換裝置中飽和熱水塔設(shè)備的作用。依據(jù)變換工段具體改造實(shí)例,從工藝流程、蒸汽消耗、改造投資、操作等幾方面,對(duì)等溫變換工藝和全低變工藝進(jìn)行了比較。關(guān)鍵詞變換工藝中低低全低變等溫變換中圖分類號(hào):TQ113.26+4.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-7779(2015)03-0060-04Comparison of low Pressure Shift Conversion ProcessesWang Hongge, Xia WeangHebei Zhengyuan Chemical Engineering Design Co, Ltd. Hebei Shijiazhuang 050061)Abstract The advantages and disadvantages of medium-low-low temperature shift process, totallow temperature shift process and isothermal shift conversion process are analyzed, and the role ofsaturation hot water tower in shift conversion unit is discussed. Based on renovation examples of shiftI shift conversion protemperature shift process in terms of process flow sheet, steam consumption, renovation investment andoperationKeywords shift process medium-low-low temperature shift total low tenmperature shiftthermalshift conversion變換工藝一直隨著變換催化劑的發(fā)展而不斷發(fā)展,至今主要經(jīng)歷了中溫變換、中串低、全低變變換工藝的特點(diǎn)及中低低4種工藝,其間也開發(fā)出了中中低低和1.1中低低工藝中低低低等相似工藝,但隨著等溫變換反應(yīng)器的中低低工藝根據(jù)“高溫可提高反應(yīng)速度,低開發(fā),等溫變換工藝已在一些企業(yè)中得到了成功溫可提高轉(zhuǎn)化率”的基本原則,利用中變段的高應(yīng)用。溫提高反應(yīng)速度,利用兩段低變來提高轉(zhuǎn)化率,以早期的中溫變換和中串低工藝由于能耗高充分發(fā)揮中變催化劑和低變催化劑的特點(diǎn)。該工變換反應(yīng)深度無法滿足工藝要求而已被淘汰。藝的配置一般為一段中變加兩段低變,一段中變前,中、小氮肥企業(yè)應(yīng)用較多的是中低低工藝和全和兩段低變可并用1臺(tái)反應(yīng)器,即以一段中變?yōu)榈妥児に?也有先進(jìn)的等溫變換工藝,幾種工藝又特征的中低低工藝分為帶飽和熱水塔工藝流程和不帶飽和熱水塔工工的÷要優(yōu)點(diǎn)藝流程。現(xiàn)就石家莊某企業(yè)80kt/a合成氨裝置中國煤化工中變與全低變工藝的變換工段改造為例,對(duì)上述幾種變換工藝進(jìn)行CNMHG以出,氣體中的φ(CO)降至%左右。由于變換氣中的O2和油污等被作者簡(jiǎn)介:王宏葛(1981—),女,碩士,主要從事化工設(shè)計(jì)工作;wanghu0315@163.com2015年6月王宏葛等:低壓變換工藝比較催化劑所過濾,進(jìn)入二段和三段的變換氣對(duì)低變(3)鈷鉬系耐硫催化劑對(duì)反應(yīng)氣中的H2S含催化劑威脅較小;通過中變后,有部分水蒸氣被反量無上限要求,易出現(xiàn)設(shè)備和管道的腐蝕現(xiàn)象應(yīng)去除,汽氣比下降至約0.2左右;由于大部分有1.3等溫變換工藝機(jī)硫已轉(zhuǎn)化為H2S,變換氣中H2S含量有所提高,工業(yè)用變換裝置多采用軸向反應(yīng)器或軸徑向有利于低變反應(yīng)和后續(xù)脫硫。反應(yīng)器,均屬于絕熱固定床反應(yīng)器。而變換反應(yīng)(2)兩段低變催化劑可提高變換率、降低蒸屬強(qiáng)放熱反應(yīng),單段絕熱床不能滿足變換率的要汽消耗,因此,中低低工藝的蒸汽消耗與全低變工求,所以采用多段絕熱床,即如前所述的3段催化藝相差不大,噸氨蒸汽耗為200~250kg劑床層的中低低工藝或全低變工藝。傳統(tǒng)的常壓(3)中變催化劑為鐵鉻系,抗毒性強(qiáng),價(jià)格較固定層制氣工藝生產(chǎn)的半水煤氣中φ(CO)約為便宜,運(yùn)行費(fèi)用較低30%,水分含量很低,所以變換反應(yīng)中需加入蒸1.1.2中低低工藝的主要缺點(diǎn)汽;因氣體中CO含量低且汽氣比可控,故變換爐(1)中變催化劑活性溫度高,床層熱點(diǎn)溫度的溫度較易控制,只要合理分段,即可滿足變換催高,對(duì)設(shè)備和管道材質(zhì)、保溫、配管等要求高?；瘎┠蜏氐囊?。而新型粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)(2)中變催化劑床層一旦出現(xiàn)偏流,易出現(xiàn)的煤氣中φ(CO)高達(dá)60%以上,且汽氣比較高漏氧,致使低變一段催化劑失活;中變催化劑的粉變換過程基本無需再補(bǔ)加蒸汽即可滿足變換反應(yīng)末帶至低變一段,也易使低變一段催化劑失活。的要求,因此造成了傳統(tǒng)絕熱式變換爐一段催化(3)中變鐵鉻系催化劑在低汽氣比條件下會(huì)劑床層特別容易超溫的問題。為了解決此問題發(fā)生過度還原,催化劑容易發(fā)生粉化,長期運(yùn)行會(huì)等溫變換爐應(yīng)運(yùn)而生。導(dǎo)致阻力增大。等溫變換爐就是在傳統(tǒng)絕熱固定床反應(yīng)器中1.2全低變工藝內(nèi)置1臺(tái)換熱器,通過及時(shí)移走反應(yīng)生成的熱量全低變工藝是在中串低工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起保持床層溫升較小,使反應(yīng)過程溫和,同時(shí)副產(chǎn)來的,全部采用鈷鉬系耐硫催化劑,通常為1臺(tái)變蒸汽換爐分3段裝填催化劑。為脫除反應(yīng)氣中的氧1.3.1等溫變換工藝的主要優(yōu)點(diǎn)砷、鹵素等雜質(zhì),防止低變催化劑中毒,一般在低(1)變換過程同時(shí)副產(chǎn)1.3~3.8MPa飽和變爐前設(shè)置1臺(tái)預(yù)變換爐。蒸汽,變換爐調(diào)節(jié)溫度簡(jiǎn)單、易操作,對(duì)于常規(guī)的1.2.1全低變工藝的主要優(yōu)點(diǎn)煤制氣工藝而言,可提高副產(chǎn)蒸汽的品位,更適用(1)由于鈷鉬系耐硫變換催化劑的起活溫度于中壓蒸汽短缺的企業(yè)。低(180~200℃),操作溫度較中低低工藝低約(2)與傳統(tǒng)的變換工藝相比,流程縮短,阻力l00℃,故對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求低;全低變工藝一段變小;出口氣體溫度低,降低了對(duì)出口管道材質(zhì)的換的汽氣比在0.2時(shí)就能滿足低變反應(yīng)要求,在要求相同設(shè)備條件下,其阻力小、產(chǎn)能高。(3)等溫變換爐的分氣流道和集氣流道采用2)由于全低變工藝催化劑反應(yīng)溫度低,有π”形結(jié)構(gòu),氣體分布均勻,對(duì)氣量變化的適應(yīng)范利于CO變換反應(yīng)平衡、降低蒸汽消耗,噸氨蒸汽圍大。消耗在200kg左右。1.3.2等溫變換工藝的主要缺點(diǎn)(3)全低變工藝一般通過噴水增濕回收熱(1)由于在變換爐內(nèi)部設(shè)置了換熱管,變換量,流程相對(duì)簡(jiǎn)單。爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)及制造要求高1.2.2全低變工藝的主要缺點(diǎn)中國煤化工包,汽包上水水質(zhì)要(1)鈷鉬系耐硫催化劑怕氧、怕油,容易中CNMHG毒,在高水氣比條件下易發(fā)生反硫化,因此,全低變工藝對(duì)氣體凈化及管理水平要求高。2飽和熱水塔的問題(2)有機(jī)硫在變換反應(yīng)過程中無法轉(zhuǎn)化為無2.1飽和熱水塔的作用機(jī)硫,對(duì)后續(xù)脫硫工段要求高。飽和熱水塔是一種氣液直接接觸的增濕、減62化肥工業(yè)第42卷第3期濕設(shè)備,由飽和塔和熱水塔兩部分組成,其在變換原中低低工藝為飽和熱水塔流程,其操作壓力低工段的作用主要是回收變換反應(yīng)中過量的水蒸保留飽和熱水塔節(jié)能效果顯著。下面主要從工藝氣。在熱水塔中,變換氣與熱水相接觸,變換氣中流程、蒸汽消耗、投資、操作等方面對(duì)全低變工藝的蒸汽冷凝、氣體溫度降低使熱水溫度升高,以回和等溫變換工藝進(jìn)行比較。收變換氣中的水蒸氣和熱量;在飽和塔中,溫度升計(jì)算基準(zhǔn):干半水煤氣流量64300m3/h(標(biāo)高后的熱水與半水煤氣直接接觸,氣體溫度升高態(tài));半水煤氣中φ(CO)29.0%,φ(H2)40.0%,熱水蒸發(fā)使氣體增濕,將回收的熱量轉(zhuǎn)化成變換φ(CO2)8.0%,φ(N2)20.0%,c(O2)0.4%;系統(tǒng)出反應(yīng)需要的水蒸氣口變換氣中φ(CO)1.5%;補(bǔ)加蒸汽為1.3MPa變換反應(yīng)過程中汽氣比越大,變換率越高,飽250℃。和熱水塔的作用越顯著。在中串低、中低低流程3.1工藝流程中,中變催化劑要求的汽氣比>0.4,如果僅依靠帶飽和熱水塔的全低變工藝流程見圖1,帶外補(bǔ)蒸汽,蒸汽消耗太高,所以飽和熱水塔是必不飽和熱水塔的等溫變換工藝流程見圖2?？缮俚脑O(shè)備。2.2飽和熱水塔的去留問題半水煤氣氣液分離器電加熱器飽和熱水塔對(duì)降低變換工藝蒸汽消耗的作用熱交換器除是顯而易見的,但也帶來了設(shè)備投資高、設(shè)備腐油蝕、排污等問題水/水預(yù)軟變換氣近年來,許多企業(yè)已經(jīng)將中低低流程改造成熱/熱/換全低變流程,為了盡可能減少設(shè)備改造,仍然保留換飽了飽和熱水塔。而對(duì)于新建的全低變裝置,由于氣∪變換氣和增濕器低變催化劑要求的水氣比較低,流程中可以通過水除氧水變換噴水來提高水氣比,因此無需飽和熱水塔來提高段變換入口氣體的水蒸氣含量。另外,飽和塔排污」熱水祭噴水泵出口氣體可能夾帶水滴,易腐蝕后續(xù)設(shè)備(如預(yù)圖1帶飽和熱水塔的全低變工藝流程腐蝕器和熱交換器等),不利于穩(wěn)定生產(chǎn),存在安全問題;配置飽和熱水塔后,熱水需用稀氨水調(diào)節(jié)半水煤氣氣液分離器pH并且需定期排污,給企業(yè)的污水處理帶來熱交換器除壓力。小氮肥企業(yè)變換工段操作壓力通常小于變換氣2.0MPa,許多裝置的操作壓力在0.8MPa,帶飽熱|預(yù)變換和熱水塔的流程對(duì)設(shè)備腐蝕的影響相對(duì)較小,應(yīng)變換氣∩器+低變爐分離器變換氣水加熱器用飽和熱水塔是比較節(jié)能的工藝。但對(duì)于操作壓冷凝器力較高的變換裝置,飽和熱水塔工藝的設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。因此,操作壓力較高的變換裝置宜采用無飽和熱水塔流程。排污」熱水泵噴水泵3變換工藝選取實(shí)例2帶飽和熱水塔的等溫變換工藝流程中國煤化工異主要體現(xiàn)在變換反石家莊某企業(yè)變換裝置合成氨生產(chǎn)能力為CNMHG戶一段床層入口氣體溫80k/a,原采用中低低工藝,操作壓力0.8MP度200℃,出口氣體溫度360℃;二段床層入口氣因工藝流程復(fù)雜、中變催化劑粉化而導(dǎo)致系統(tǒng)阻體溫度200℃,出口氣體溫度260℃;三段床層入力大等原因,擬在利用原有設(shè)備基礎(chǔ)上改造為全口氣體溫度190℃,出口氣體溫度215℃。等溫低變工藝或等溫變換工藝。根據(jù)上述分析可知,變換工藝等溫變換爐入口氣體溫度200℃,出口2015年6月王宏葛等:低壓變換工藝比較氣體溫度260℃。他設(shè)備,如飽和熱水塔、換熱器等,2種工藝改造從工藝流程來看,變換系統(tǒng)要求岀口氣體中都可利舊。從設(shè)備投資考慮,等溫變換工藝較全q(CO)<1.5%,全低變工藝至少需要3段絕熱低變工藝多約150萬元。低變催化劑床層、2段增濕;等溫變換工藝只需1等溫變換爐操作溫度低、汽氣比高、平衡溫距臺(tái)等溫變換爐、1段低變和1段增濕。全低變工大、變換率高,因此,等溫變換工藝催化劑用量比藝流程相對(duì)復(fù)雜,管道溫度相對(duì)較高,對(duì)選材和設(shè)全低多工藝少約16m3,投資少約20萬元。計(jì)要求高;等溫變換工藝操作溫度相對(duì)較低,對(duì)設(shè)運(yùn)行費(fèi)用方面,全低變工藝蒸汽消耗高于等備材質(zhì)和設(shè)計(jì)要求也較低,但等溫變換爐內(nèi)置換溫變換工藝;噴水量大,噴水泵的電耗略高于等溫?zé)峁芨碑a(chǎn)蒸汽,要求汽水循環(huán)設(shè)計(jì)合理變換工藝。3.2蒸汽消耗及熱量回收從改造總投資來看,等溫變換工藝高于全低從蒸汽消耗和熱量回收方面來看,全低變工變工藝。藝通過噴水汽化增濕,回收熱量直接、效率高,噸操作氨蒸汽耗約200kg;等溫變換工藝通過變換爐內(nèi)等溫變換爐多為徑向結(jié)構(gòu),床層阻力小;等溫置換熱管加熱熱水汽化產(chǎn)生蒸汽回收熱量,生產(chǎn)變換爐內(nèi)置換熱管走熱水,通過副產(chǎn)蒸汽帶岀熱的蒸汽品位高,可直接補(bǔ)入系統(tǒng),也可送尿素系量,床層溫度低,用蒸汽壓力調(diào)節(jié)床層溫度,操作統(tǒng),熱回收效率高,蒸汽壓力可根據(jù)生產(chǎn)情況在簡(jiǎn)單平穩(wěn),易于控制。1.3~2.5MPa之間調(diào)節(jié),噸氨蒸汽耗約170kg。通過以上比較分析,等溫變換工藝比全低變?nèi)妥児に嚥僮鳒囟雀?設(shè)備、管道熱損大,對(duì)裝工藝流程簡(jiǎn)單、蒸汽消耗低、生產(chǎn)成本低、操作方置隔熱要求較高。便,適合操作壓力0.8MPa的變換裝置。首套等3.3改造投資溫變換裝置于2011年投入運(yùn)行,目前國內(nèi)已有多從投資上來看,全低變工藝和等溫變換工藝套等溫變換裝置投用設(shè)備數(shù)量差不多,等溫變換工藝比全低變工藝多等溫變換技術(shù)適用于各種操作壓力的變換裝1臺(tái)汽包,等溫變換爐內(nèi)部設(shè)置換熱管,設(shè)備投資置,特別適合與粉煤加壓氣化裝置配套。等溫變略高于全低變工藝。換是變換技術(shù)又一次突破,其節(jié)能、環(huán)保、操作方就石家莊某企業(yè)變換裝置利用原有設(shè)備改造便的特點(diǎn)符合變換裝置的發(fā)展要求。但就本次項(xiàng)項(xiàng)目分析,如改造為全低變工藝,可利舊原有2臺(tái)目改造投資來看,為了充分利用現(xiàn)有設(shè)備,采用等變換爐,1臺(tái)作為預(yù)變換爐,1臺(tái)作為低變爐,需新溫變換工藝的一次性投資高于全低變工藝,同時(shí)增1臺(tái)增濕器、2臺(tái)噴水泵;如改造為等溫變換工考慮目前國內(nèi)低壓變換的發(fā)展趨勢(shì),擬采用全低藝,需新增1臺(tái)等溫變換爐、1臺(tái)汽包,利舊2臺(tái)變工藝進(jìn)行改造。噴水泵和1臺(tái)變換爐作為預(yù)變換爐+低變爐。其(收到修改稿日期2015-01-06)必必價(jià)必必必必你必價(jià)你必必價(jià)必你必必必價(jià)必必必價(jià)必必必必(上接第59頁)工藝系統(tǒng)已經(jīng)完全可以滿足陜西興化集團(tuán)有限責(zé)由圖6和圖7可看出,油類物質(zhì)已在MBR膜任公司老廠區(qū)內(nèi)各種生產(chǎn)和生活污水處理的絲外表面形成了積累,已無法采用在線或離線酸堿需要清洗。油類物質(zhì)的長期積累會(huì)堵塞膜空隙,降低膜正常運(yùn)行情況下,出水平均COD<50mg/L組件的透水率給膜帶來不可恢復(fù)性污染。建議采NH-N<15mg/L到了《黃河流域(陜西段)污取如下措施:①在格柵前增設(shè)1座隔油池,在污水水中國煤化工24-2011)和《合成氨進(jìn)系統(tǒng)前去除部分浮油;②考慮更換高效的除油裝CNMHGGB134582013)的要置,使生化系統(tǒng)進(jìn)水中含油質(zhì)量濃度<20mg/L求。但MBR工藝系統(tǒng)在運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)了一些問4結(jié)語題,這些問題的有效解決對(duì)廢水處理站的長周期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要經(jīng)過2年多的工程改建以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,MBR(收到修改稿日期2015-04-16)