低压变换工艺比较

化肥工业第42卷第3期低压变换工艺比较王宏葛,夏伟伟,王秀娥(河北正元化工工程设计有限公司河北石家庄050061摘要分析了中低低工芑、全低变工艺和等温变换工艺的优缺点,讨论了变换装置中饱和热水塔设备的作用。依据变换工段具体改造实例,从工艺流程、蒸汽消耗、改造投资、操作等几方面,对等温变换工艺和全低变工艺进行了比较。关键词变换工艺中低低全低变等温变换中图分类号:TQ113.26+4.2文献标识码:A文章编号: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变换工艺一直随着变换催化剂的发展而不断发展,至今主要经历了中温变换、中串低、全低变变换工艺的特点及中低低4种工艺,其间也开发出了中中低低和1.1中低低工艺中低低低等相似工艺,但随着等温变换反应器的中低低工艺根据“高温可提高反应速度,低开发,等温变换工艺已在一些企业中得到了成功温可提高转化率”的基本原则,利用中变段的高应用。温提高反应速度,利用两段低变来提高转化率,以早期的中温变换和中串低工艺由于能耗高充分发挥中变催化剂和低变催化剂的特点。该工变换反应深度无法满足工艺要求而已被淘汰。艺的配置一般为一段中变加两段低变,一段中变前,中、小氮肥企业应用较多的是中低低工艺和全和两段低变可并用1台反应器,即以一段中变为低变工艺,也有先进的等温变换工艺,几种工艺又特征的中低低工艺分为带饱和热水塔工艺流程和不带饱和热水塔工工的÷要优点艺流程。现就石家庄某企业80kt/a合成氨装置中国煤化工中变与全低变工艺的变换工段改造为例,对上述几种变换工艺进行CNMHG以出,气体中的φ(CO)降至%左右。由于变换气中的O2和油污等被作者简介:王宏葛(1981—),女,硕士,主要从事化工设计工作;wanghu0315@163.com2015年6月王宏葛等:低压变换工艺比较催化剂所过滤,进入二段和三段的变换气对低变(3)钴钼系耐硫催化剂对反应气中的H2S含催化剂威胁较小;通过中变后,有部分水蒸气被反量无上限要求,易出现设备和管道的腐蚀现象应去除,汽气比下降至约0.2左右;由于大部分有1.3等温变换工艺机硫已转化为H2S,变换气中H2S含量有所提高,工业用变换装置多采用轴向反应器或轴径向有利于低变反应和后续脱硫。反应器,均属于绝热固定床反应器。而变换反应(2)两段低变催化剂可提高变换率、降低蒸属强放热反应,单段绝热床不能满足变换率的要汽消耗,因此,中低低工艺的蒸汽消耗与全低变工求,所以采用多段绝热床,即如前所述的3段催化艺相差不大,吨氨蒸汽耗为200~250kg剂床层的中低低工艺或全低变工艺。传统的常压(3)中变催化剂为铁铬系,抗毒性强,价格较固定层制气工艺生产的半水煤气中φ(CO)约为便宜,运行费用较低30%,水分含量很低,所以变换反应中需加入蒸1.1.2中低低工艺的主要缺点汽;因气体中CO含量低且汽气比可控,故变换炉(1)中变催化剂活性温度高,床层热点温度的温度较易控制,只要合理分段,即可满足变换催高,对设备和管道材质、保温、配管等要求高。化剂耐温的要求。而新型粉煤加压气化工艺生产(2)中变催化剂床层一旦出现偏流,易出现的煤气中φ(CO)高达60%以上,且汽气比较高漏氧,致使低变一段催化剂失活;中变催化剂的粉变换过程基本无需再补加蒸汽即可满足变换反应末带至低变一段,也易使低变一段催化剂失活。的要求,因此造成了传统绝热式变换炉一段催化(3)中变铁铬系催化剂在低汽气比条件下会剂床层特别容易超温的问题。为了解决此问题发生过度还原,催化剂容易发生粉化,长期运行会等温变换炉应运而生。导致阻力增大。等温变换炉就是在传统绝热固定床反应器中1.2全低变工艺内置1台换热器,通过及时移走反应生成的热量全低变工艺是在中串低工艺的基础上发展起保持床层温升较小,使反应过程温和,同时副产来的,全部采用钴钼系耐硫催化剂,通常为1台变蒸汽换炉分3段装填催化剂。为脱除反应气中的氧1.3.1等温变换工艺的主要优点砷、卤素等杂质,防止低变催化剂中毒,一般在低(1)变换过程同时副产1.3~3.8MPa饱和变炉前设置1台预变换炉。蒸汽,变换炉调节温度简单、易操作,对于常规的1.2.1全低变工艺的主要优点煤制气工艺而言,可提高副产蒸汽的品位,更适用(1)由于钴钼系耐硫变换催化剂的起活温度于中压蒸汽短缺的企业。低(180~200℃),操作温度较中低低工艺低约(2)与传统的变换工艺相比,流程缩短,阻力l00℃,故对设备材质要求低;全低变工艺一段变小;出口气体温度低,降低了对出口管道材质的换的汽气比在0.2时就能满足低变反应要求,在要求相同设备条件下,其阻力小、产能高。(3)等温变换炉的分气流道和集气流道采用2)由于全低变工艺催化剂反应温度低,有π”形结构,气体分布均匀,对气量变化的适应范利于CO变换反应平衡、降低蒸汽消耗,吨氨蒸汽围大。消耗在200kg左右。1.3.2等温变换工艺的主要缺点(3)全低变工艺一般通过喷水增湿回收热(1)由于在变换炉内部设置了换热管,变换量,流程相对简单。炉结构复杂对设备设计及制造要求高1.2.2全低变工艺的主要缺点中国煤化工包,汽包上水水质要(1)钴钼系耐硫催化剂怕氧、怕油,容易中CNMHG毒,在高水气比条件下易发生反硫化,因此,全低变工艺对气体净化及管理水平要求高。2饱和热水塔的问题(2)有机硫在变换反应过程中无法转化为无2.1饱和热水塔的作用机硫,对后续脱硫工段要求高。饱和热水塔是一种气液直接接触的增湿、减62化肥工业第42卷第3期湿设备,由饱和塔和热水塔两部分组成,其在变换原中低低工艺为饱和热水塔流程,其操作压力低工段的作用主要是回收变换反应中过量的水蒸保留饱和热水塔节能效果显著。下面主要从工艺气。在热水塔中,变换气与热水相接触,变换气中流程、蒸汽消耗、投资、操作等方面对全低变工艺的蒸汽冷凝、气体温度降低使热水温度升高,以回和等温变换工艺进行比较。收变换气中的水蒸气和热量;在饱和塔中,温度升计算基准:干半水煤气流量64300m3/h(标高后的热水与半水煤气直接接触,气体温度升高态);半水煤气中φ(CO)29.0%,φ(H2)40.0%,热水蒸发使气体增湿,将回收的热量转化成变换φ(CO2)8.0%,φ(N2)20.0%,c(O2)0.4%;系统出反应需要的水蒸气口变换气中φ(CO)1.5%;补加蒸汽为1.3MPa变换反应过程中汽气比越大,变换率越高,饱250℃。和热水塔的作用越显著。在中串低、中低低流程3.1工艺流程中,中变催化剂要求的汽气比>0.4,如果仅依靠带饱和热水塔的全低变工艺流程见图1,带外补蒸汽,蒸汽消耗太高,所以饱和热水塔是必不饱和热水塔的等温变换工艺流程见图2。可少的设备。2.2饱和热水塔的去留问题半水煤气气液分离器电加热器饱和热水塔对降低变换工艺蒸汽消耗的作用热交换器除是显而易见的,但也带来了设备投资高、设备腐油蚀、排污等问题水/水预软变换气近年来,许多企业已经将中低低流程改造成热/热/换全低变流程,为了尽可能减少设备改造,仍然保留换饱了饱和热水塔。而对于新建的全低变装置,由于气∪变换气和增湿器低变催化剂要求的水气比较低,流程中可以通过水除氧水变换喷水来提高水气比,因此无需饱和热水塔来提高段变换入口气体的水蒸气含量。另外,饱和塔排污」热水祭喷水泵出口气体可能夹带水滴,易腐蚀后续设备(如预图1带饱和热水塔的全低变工艺流程腐蚀器和热交换器等),不利于稳定生产,存在安全问题;配置饱和热水塔后,热水需用稀氨水调节半水煤气气液分离器pH并且需定期排污,给企业的污水处理带来热交换器除压力。小氮肥企业变换工段操作压力通常小于变换气2.0MPa,许多装置的操作压力在0.8MPa,带饱热|预变换和热水塔的流程对设备腐蚀的影响相对较小,应变换气∩器+低变炉分离器变换气水加热器用饱和热水塔是比较节能的工艺。但对于操作压冷凝器力较高的变换装置,饱和热水塔工艺的设备腐蚀严重。因此,操作压力较高的变换装置宜采用无饱和热水塔流程。排污」热水泵喷水泵3变换工艺选取实例2带饱和热水塔的等温变换工艺流程中国煤化工异主要体现在变换反石家庄某企业变换装置合成氨生产能力为CNMHG户一段床层入口气体温80k/a,原采用中低低工艺,操作压力0.8MP度200℃,出口气体温度360℃;二段床层入口气因工艺流程复杂、中变催化剂粉化而导致系统阻体温度200℃,出口气体温度260℃;三段床层入力大等原因,拟在利用原有设备基础上改造为全口气体温度190℃,出口气体温度215℃。等温低变工艺或等温变换工艺。根据上述分析可知,变换工艺等温变换炉入口气体温度200℃,出口2015年6月王宏葛等:低压变换工艺比较气体温度260℃。他设备,如饱和热水塔、换热器等,2种工艺改造从工艺流程来看,变换系统要求岀口气体中都可利旧。从设备投资考虑,等温变换工艺较全q(CO)<1.5%,全低变工艺至少需要3段绝热低变工艺多约150万元。低变催化剂床层、2段增湿;等温变换工艺只需1等温变换炉操作温度低、汽气比高、平衡温距台等温变换炉、1段低变和1段增湿。全低变工大、变换率高,因此,等温变换工艺催化剂用量比艺流程相对复杂,管道温度相对较高,对选材和设全低多工艺少约16m3,投资少约20万元。计要求高;等温变换工艺操作温度相对较低,对设运行费用方面,全低变工艺蒸汽消耗高于等备材质和设计要求也较低,但等温变换炉内置换温变换工艺;喷水量大,喷水泵的电耗略高于等温热管副产蒸汽,要求汽水循环设计合理变换工艺。3.2蒸汽消耗及热量回收从改造总投资来看,等温变换工艺高于全低从蒸汽消耗和热量回收方面来看,全低变工变工艺。艺通过喷水汽化增湿,回收热量直接、效率高,吨操作氨蒸汽耗约200kg;等温变换工艺通过变换炉内等温变换炉多为径向结构,床层阻力小;等温置换热管加热热水汽化产生蒸汽回收热量,生产变换炉内置换热管走热水,通过副产蒸汽带岀热的蒸汽品位高,可直接补入系统,也可送尿素系量,床层温度低,用蒸汽压力调节床层温度,操作统,热回收效率高,蒸汽压力可根据生产情况在简单平稳,易于控制。1.3~2.5MPa之间调节,吨氨蒸汽耗约170kg。通过以上比较分析,等温变换工艺比全低变全低变工艺操作温度高,设备、管道热损大,对装工艺流程简单、蒸汽消耗低、生产成本低、操作方置隔热要求较高。便,适合操作压力0.8MPa的变换装置。首套等3.3改造投资温变换装置于2011年投入运行,目前国内已有多从投资上来看,全低变工艺和等温变换工艺套等温变换装置投用设备数量差不多,等温变换工艺比全低变工艺多等温变换技术适用于各种操作压力的变换装1台汽包,等温变换炉内部设置换热管,设备投资置,特别适合与粉煤加压气化装置配套。等温变略高于全低变工艺。换是变换技术又一次突破,其节能、环保、操作方就石家庄某企业变换装置利用原有设备改造便的特点符合变换装置的发展要求。但就本次项项目分析,如改造为全低变工艺,可利旧原有2台目改造投资来看,为了充分利用现有设备,采用等变换炉,1台作为预变换炉,1台作为低变炉,需新温变换工艺的一次性投资高于全低变工艺,同时增1台增湿器、2台喷水泵;如改造为等温变换工考虑目前国内低压变换的发展趋势,拟采用全低艺,需新增1台等温变换炉、1台汽包,利旧2台变工艺进行改造。喷水泵和1台变换炉作为预变换炉+低变炉。其(收到修改稿日期2015-01-06)必必价必必必必你必价你必必价必你必必必价必必必价必必必必(上接第59页)工艺系统已经完全可以满足陕西兴化集团有限责由图6和图7可看出,油类物质已在MBR膜任公司老厂区内各种生产和生活污水处理的丝外表面形成了积累,已无法采用在线或离线酸碱需要清洗。油类物质的长期积累会堵塞膜空隙,降低膜正常运行情况下,出水平均COD<50mg/L组件的透水率给膜带来不可恢复性污染。建议采NH-N<15mg/L到了《黄河流域(陕西段)污取如下措施:①在格栅前增设1座隔油池,在污水水中国煤化工24-2011)和《合成氨进系统前去除部分浮油;②考虑更换高效的除油装CNMHGGB134582013)的要置,使生化系统进水中含油质量浓度<20mg/L求。但MBR工艺系统在运行中也发现了一些问4结语题,这些问题的有效解决对废水处理站的长周期稳定运行至关重要经过2年多的工程改建以及现场调试,MBR(收到修改稿日期2015-04-16)