变换工艺的选择

笫38卷第5期化工设计通讯2012年10月Chemical Enginecring Design Communications27变换工艺的选择徐建平(云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司,云南开远661600要:从变换的目的出发,论述了变换反应的段数选择,从热量平衡角度论述了饱和热水塔与系统关系,并介绍变换工艺流程的选择原则。关键词:变换;设置;工艺;催化剂;饱和热水塔中图分类号:TQ113.26-4.2文献标志码:B文章编号:1003-6490(2012)05-0027-03Selection of Syngas Shift ProcessXU Jian-ping( Red Phosphorus Branch of Yunnan Yuntianhua International Chemical Co, LtdKaiyuan Yunnan 661600, China)Abstract: From purpose of syngas shift process, to elaborate stages selecting for syngas shiftreaction. From the perspective of the heat balance, to describe the relationship between saturated hotyater tower and system energy consumption, and to introduce syngas shift process selection principleKey words: shift; install; process; catalyst; saturated hot water tower1变换的目的及原理的生产工艺要求。1.2变换的原理1.1变换的目的1.2.1化学反应变换是在一氧化碳气体中加入蒸汽,在催化CO+H2O-CO2+H2+Q剂作用下转化为二氧化碳,以便在后工序中脱从上面的化学反应式可以看出,这是一个等除,同时获得原料氢气,从而满足合成氨或甲醇体积反应,压力对反应无影响。压力的选择要与收稿日期:2012-07-30作者简介:徐建平(1963—),男,云南弥勒人,化工高级工程师,副总工程师,从事合成氨生产与管理30年。(2)节约电量4~7月老系统吨氨氦平均电工艺成熟、切合实际的设计方案,采用国内成熟耗1290.25kW·h,而新系统十天吨氨平均电耗技术及废旧设备,降低投资1206kW·h。在新系统投运之前,老系统是六台2)解决了阻力大和蒸汽消耗高两个致命的压缩机生产,也就是4~7月的吨氨醇电耗是问题,开车至今运行结果表明,达到甚至超过了1290.25kW·h。新系统投人运行后,仍是六台国内先进水平压缩机生产,吨氨醇电耗下降了84.25kW·h,(3)自动化水平高,仪表选型切实可靠与适凸显新系统的节电效果。因为老系统阻力大度先进相结合。(0.2MPa),压缩机耗电量就高,新系统阻力仅(4)设备、管道布置合理,节约土地0.03MPa,使压缩机效率大大提高,电耗明显5)在环境保护方面,同时采用行之有效的下降“三废”治理措施,实行“三同时”的原则。曹造工程.一次开车成功,完7结论全起到节中国煤化工带来巨大的经(1)结合本公司实际情况,选择技术先进、济效益。CNMHG28·化工设计通讯第38卷前后工艺过程,设备占地,投资规模等因素相配Co-Mo系低温变换催化剂,工作温度在180套考虑。480℃。低温变换催化剂的出现,使气体能够这是一个放热反应,高温不利于正反应进进行深度变换,气体中的CO能够达到0.5%以下行,对应每一个温度点有不同的平衡常数,不同以下提到的低变都是指用这类催化剂的低变。温度点的连接形成平衡常数曲线;但是温度低又从中变到中串低,再到全低变,吨氨蒸汽消不利于反应速度。针对不同的催化剂,有不同的耗越来越低(从500kg降到250kg),系统阻力越活化能,在不同反应率时,反应有一个最佳温度来越小(从0.1MPa降到0.05MPa),变换率越点,不同反应率对应的最佳温度点形成最佳温度来越高(系统出口CO从3.5%降到0.5%)曲线。工业操作为获得最好的效果,反应必须在1.3变换系统的设置最佳温度曲线附近进行,反应器必须设置为有段一是考虑变换催化剂在最佳温度曲线附近运间热交换的多段形式。图1是一个三段变换炉的行。这就要求对变换炉的催化剂进行分段,并设三条曲线。置段间降温或冷激过程。二是考虑工艺对出变换系统一氧化碳的要求。若后工序带联醇、醇烷化、醇烃化等工艺要求一氧化碳高些的,出口一氧化碳可高到4%5%或更高,蒸汽消耗会低点。对铜洗、低温液氮洗流程,出口一氧化碳可低到0.5%以下。平衡曲线三是考虑变换系统的热能利用。反应热尽量在本工段回收,以降低蒸汽的消耗,多余的低位最佳温度曲线热回收到其他工段利用。段变换操作曲线对新建系统而言,要求一氧化碳在0.5%以图1三段变换炉温度曲线下的深度变换,采用四段催化剂为宜。要求一氧化碳在2%左右的,采用三段催化剂就可。12.2变换催化剂的种类对老系统改造而言,要根据现场设备情况及Cuzn系变换催化剂,其工作温度要在200要求的一氧化碳含量合理选定催化剂的段数。260C。这类催化剂一是变換温区太窄,要用2变换工艺(图2、3、4、5)很多段催化剂才能达到目的;二是对硫化物及卤族元素十分敏感,从出现就没有在工业中大规f3上述工艺的比较使用过。在上述的四种工艺中,图2所示的纯中变流FeCr中温变换催化剂,工作温度在320~程已经为数不多,只讨论后面几种。500℃。中温变换催化剂的出现,使气体中的(1)吨氨实际蒸汽消耗中串低流程450~CO能够达到3.5%以下,从而在合成氨工业中500kg,无饱和热水塔的全低变流程400kg左得到了空前的应用。右,有饱和热水塔的全低变流程250kg压缩米塔压缩来塔中锅炉给水加器炉给水低调温水变调温水加水冷器]去脱去脱碳中国煤化工图2中温变换流程CNMHG第5期徐建平:变换工艺的选择29压缩来/和压缩米给分增湿器加调温水加过热蒸汽温水加冷器去脱做钊脱碳图4有饱和塔的全低变流程图5无饱和热水塔的全低变流程(2)系统阻力在相同的设备规格和干半水把系统多余的热量通过加热水,移到其他工段煤气处理量的前提下,因系统温度及加入蒸汽量(如锅炉工段)去用,看起来蒸汽消耗就高些的影响,中串低流程阻力最大,为0.080.MPa,有饱和热水塔的全低变流程次之,达耐硫全低变的操作条件到0.05MPa,无饱和热水塔的全低变流程最低,耐硫全低变工艺较先进,但使用也是有限制为0.03MPa。的(3)电耗中串低流程最高,有饱和热水塔(1)所处理气体中的硫化氢含量,要求大于的全低变流程次之,无饱和热水塔的全低变流程0.07g/m3,否则易产生反硫化,影响催化剂使最低用效果。硫化氢含量无上限。(4)投资有饱和热水塔的全低变流程最(2)使用温度在190~380℃,低了不到活高,中串低流程次之,无饱和热水塔的全低变流化能的起活温度,高了一是影响变换率,二是造程最低。成反硫化,三是影响催化剂的寿命,四是加大了(5)长期运行可靠性(主要从腐蚀上考虑)系统阻力无饱和热水塔的全低变流程最高,中串低流程次(3)不同压力的L艺,对催化剂有不同的要之,有饱和热水塔的全低变流程最低求,在4.5MPa情况下,多用K8-11、QCS等。(6)热平衡分析2.7MPa以下的,国产就可满足。进入系统的热量Q1+反应热Q=出系统的(4)对全低变,氧含量不高于0.5%,否则热量Q2产生巨大温升反应热Q为变换反应的热量。进入系统的热量Q包括蒸汽带入热量,半水煤气带入热5结论量。出系统的热量Q包括系统热损失,冷却水(1)新建的系统,在催化剂的段数上,常规带走的热量,变换气带走的热量,冷凝液带出热。变换用三段,深度变换则用四段。只要变换率相同,不管用哪种流程,反应热(2)老系统的改造,在催化剂的段数上均应一致据老系统的设备情况以及变换率要求来定。不论哪种流程,需要的蒸汽加入量是由所用(3)新建的系统,推荐无饱和热水塔的全低催化剂性能和系统自身回收的热量决定的。Q2变流程,强化中间过程的热能回收。中的系统热损失、变换气带走的热量、冷却水带(4)老系统的改造,加强饱和热水塔的内防走的热在负荷一定时是一个常量,加入蒸汽量腐,如采用喷铝等,填料采用耐腐蚀材质,如不大,排出的冷凝水多,系统的热损失就大。有饱锈钢和热水塔的流程,把多余的热量回收在系统内部云天红分公司的中任低改造为全低用,看起来蒸汽消耗低。无饱和热水塔的流程,变时,采中国煤化工全低变流程。CNMHG