變換及變換冷卻裝置工藝運行控制及影響因素分析

李曉煥

摘要：本文主要分析變換及變換冷卻裝置的運行控制以及所帶來的影響，初步介紹冷卻裝置以及變換冷卻裝置的概念，分析其供應流程以及操作運行方式。根據(jù)目前所發(fā)現(xiàn)的問題，以及所出現(xiàn)的影響因素及時制定解決措施。

關鍵詞：變換冷卻裝置;工藝原理;影響因素;控制要點

引言

變換冷卻工段的主要任務是將加壓氣化來的粗煤氣中的一部分一氧化碳在耐硫催化劑作用下變換為氫氣，以滿足甲烷合成對原料氣H2/CO控制在2.92-3.04的范圍內(nèi)，確保生成合格產(chǎn)品氣。同時回收變換反應熱，并將本工段產(chǎn)生的含油煤氣水送至煤氣水分離裝置進行下一步處理。

一、變換冷卻裝置流程及原理

（一）冷卻裝置

冷卻裝置主要利用水源為主要的降溫介質(zhì)對粗煤氣進行冷卻，靠水的溫升帶走冷凝熱量。主要的運行特點是熱介質(zhì)由筒體上的接管進入，順序流經(jīng)各折流管道，曲折的流至出口接管。而源源不斷的冷卻水由進水口進入，吸收熱介質(zhì)放出的余熱由出水口排出。在運行的過程中，流動的水源能夠?qū)崃坑行У姆稚?，當水源的溫度降低到一定的水平后，此時的冷卻水能夠達到高速循環(huán)使用的效果，具有節(jié)能降耗的作用。

（二）變換冷卻裝置流程

來自碎煤加壓氣化的181℃、3.9MPa的粗煤氣，首先經(jīng)粗煤氣洗滌器洗滌氣體中的焦油、灰塵，溫度下降約4℃，再經(jīng)過分離器將粗煤氣中夾帶的少量液滴分離下來后氣體分為兩路，其中一路進入變換爐進行一氧化碳變換反應，變換反應為強放熱反應，為避免觸媒超溫，可通過調(diào)節(jié)氣氣換熱器旁路來降溫。出變換爐的溫度為325℃、壓力3.7MPa的氣體通過氣氣換熱器、余熱回收器回收余熱，進入混合器與出粗煤氣分離器的另一路氣體混合后，粗煤氣中一氧化碳含量在12.5%左右。

匯合后的氣體先后經(jīng)過鍋爐給水加熱器、脫鹽水預熱器、終冷器進行三步冷卻，并在各冷卻器中用高壓噴射煤氣水洗滌氣體中的焦油、中油、酚及萘等雜質(zhì)。變換氣從換熱器的頂部進入管程，由底部排出，換熱器底部收集冷凝液，溫度分別降至130℃、80℃、40℃，氣體最后進入洗氨塔，在洗氨塔內(nèi)用酚水對氣體中的氨進行洗滌，洗滌后的溫度為40℃、壓力為3.55 MPa 的氣體送至低溫甲醇洗。

（三）變換反應原理

煤氣化制得的水煤氣在催化劑的作用下，CO和H2O在變換爐中反應并放出大量的熱，變換反應的化學方程式如下：

變換反應為可逆、放熱、等體積的化學反應，從化學反應平衡角度來講，提高壓力對化學平衡沒影響，但有利于提高反應速度。降低反應溫度和增加反應物中水蒸氣量均有利于反應向生成CO2和H2的方向進行。

在要求變換氣中CO含量一定的情況下，降低反應溫度是降低蒸汽用量的必要手段。在不能降低反應溫度的條件下，片面追求降低一氧化碳濃度，將會造成極大的蒸汽消耗。

CO變換過程中，可能發(fā)生CO分解析出C和生成CH4等副反應，副反應不僅消耗原料氣中有效成分H2和CO，增加了無用成分CH4的含量，而且CO分解后析出的游離碳極容易附著在催化劑表面上，使催化劑的活性降低。這些副反應均為體積減小的放熱反應，因此提高溫度、降低壓力可抑制副反應的進行。但在實際生產(chǎn)中所采用的工藝條件下，這些副反應一般不容易發(fā)生。

二、變換冷卻裝置正常生產(chǎn)操作要點

（一）變換爐溫度的控制

溫度對變換反應的化學反應速度影響很大，而且對正逆反應速度的影響不同。溫度升高為放熱反應即變換反應速度增加的慢，逆反應即吸熱反應速度增加的快。同時，一氧化碳的變換率隨溫度的升高而降低。因此在操作上既要兼顧反應速率，又要兼顧變換率。

變換爐入口溫度的控制是變換爐操作的關鍵。進氣溫度根據(jù)催化劑的活性溫度、使用時間、使用情況來確定。正常操作中可通過調(diào)節(jié)氣氣換熱器旁路對入口溫度進行調(diào)節(jié)。在催化劑使用初期，進口溫度應控制的低些，通?？刂聘哂诼饵c溫度10-20℃為宜。隨著使用時間的增長，催化劑活性逐漸降低，可逐步提高變換爐進口溫度，以適應催化劑活性由高到低的變化。這樣不僅可以使CO反應始終保持在一定的變換率，并且最大限度合理地使用了催化劑。

（二）變換爐壓差

變換爐壓差的高低直接影響氣化爐的控制壓力及負荷高低，制約著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。所以催化劑的裝填質(zhì)量是保持變換爐壓差正常的基本前提，但并不能持久解決變換爐壓差逐漸升高的問題。

首先在設計變換裝置時采用了預變換爐一開一備的模式，增加了不停車更換催化劑的可能性。經(jīng)過長時間對生產(chǎn)數(shù)據(jù)觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)預變換爐壓差高的現(xiàn)象。解決措施是將預變爐隔離，鏟除結(jié)皮或?qū)⒈Ｗo劑過篩并重新裝填。其次就是對日常操作人員操作精準度提出較高的要求。

（三）模值調(diào)節(jié)

正常生產(chǎn)中影響模值因素有系統(tǒng)負荷、系統(tǒng)壓力、粗煤氣成分、變換催化劑活性、入爐氣量、低溫甲醇洗補碳閥開度、低溫甲醇洗出口凈化氣中CO2含量、博元公司返氣量及返氣氫碳比等，所以影響模值因素非常復雜。

1.正常工作狀態(tài)下，可以從變換出口獲得一氧化碳的含量，從而變換氣量調(diào)整作為模值調(diào)整的主要手段，低溫甲醇洗補碳作為輔助作用。在氣化爐工況穩(wěn)定的情況下，可以通過變換控制粗煤氣中一氧化碳的含量在合適范圍內(nèi)，作為模值總體穩(wěn)定的基礎。在低溫甲醇洗補碳的時候，要根據(jù)其密度表進行對照，二氧化碳的含量一定要控制在合理的范圍內(nèi)。

2.適當?shù)恼{(diào)整二氧化碳的含量。變換氣送出變換后，需要在15分鐘左右獲得其密度值。根據(jù)密度的變化可以推測模值的高低，按照時間差去調(diào)整低溫甲醇洗補碳的時間，一般在兩分鐘之內(nèi)完成。要根據(jù)二氧化碳含量變化和生產(chǎn)負荷確定補碳量。

3.在工作中還需要監(jiān)測返氣量，同時也要監(jiān)測返氣氫碳比，尤其是開停車的期間，返氣量波動會比較大，所以變換裝置也會受到一定的影響，此時應該及時調(diào)整返氣量。

4.在工作中，首先應該注意時刻監(jiān)測合成甲烷原料氣中含有二氧化碳的量，如果突然出現(xiàn)大量的升高，應該及時將低溫甲醇洗系統(tǒng)進行調(diào)整。同時調(diào)整進入變換爐的氣量，在無法進行調(diào)節(jié)時，應該及時調(diào)整氣化爐的汽氧比，或者是更換煤種。

（四）生產(chǎn)加、減負荷工藝控制

如果變換系統(tǒng)突然出現(xiàn)負荷增加或者是負荷降低的情況，需要嚴格控制其指標。模值應當要保證在2.92-3.04之間的范圍內(nèi)，系統(tǒng)壓力也需要及時進行控制，需要保持為3.2-3.8MPa。

（五）終冷器壓差高

粗煤氣進入終冷器的設計溫度為70攝氏度，但是受到生產(chǎn)負荷和預冷器冷卻效果的影響，終冷器管程粗煤氣溫度會降低至45℃左右，此時粗煤氣中夾帶的銨鹽發(fā)生結(jié)晶的可能性增加，極易造成終冷器管束堵塞，操作人員應密切監(jiān)測對應的壓力指標，在儀表指示正常的基礎上，觀察壓力變化，若出現(xiàn)壓差升高的情況，及時減小循環(huán)冷卻水的流量。確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

結(jié)語

變換及變換冷卻裝置工藝在實際操作中會建立風險防范，首先操作人員需要熟悉工藝設計，同時也要熟悉風險類型。針對于設計來講，要及時掌握風險隱患，對于設備要及時進行檢測，發(fā)現(xiàn)問題要及時解決問題?；すに囋诓僮鬟^程中，要具備較強的安全性以及可靠性才可以展開工作。為了避免對企業(yè)以及人員帶來安全隱患，相關工作人員應該定期對設備進行檢修，當出現(xiàn)較大的安全隱患時，應及時上報，根據(jù)上級指令來操作。

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