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目為例，對半水煤氣凈化工藝進(jìn)行了分析評價。

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）。

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。項目完成后，日產(chǎn)總氨550噸，變換氣流量～75000Nm3/h。為減少停車時間，定做一臺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，需新上一臺功率≥1500KW電加熱爐或開工時臨時借用串聯(lián)一個外接電爐。⑧要改動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，啟動快，增加了有效運(yùn)行時間。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 該項目充分利用舊設(shè)備進(jìn)行改造，避開了新設(shè)備的高價格和不穩(wěn)定的風(fēng)險，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，性價比較高，建議立項實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐萬金，林春新.中低低工藝改全低變串煤球碳化工藝的技改方案和效果[J].化肥設(shè)計，2011(03).

[2]伊明江，李智軍.A110-1型氨合成催化劑應(yīng)用總結(jié)[J].化肥工業(yè)，2011(03).

[3]田玉虎.蘭炭煤氣生產(chǎn)合成氨工藝探究[J].純堿工業(yè)，2011(04).