一氧化碳變換反應(yīng)工藝流程-

1、一氧化碳變換反應(yīng)工藝流程一氧化碳變換流程有許多種,包括常壓、加壓變換工藝,兩段中溫變換(亦稱高變、三段中溫變換(高變、高-低變串聯(lián)變換工藝等等。一氧化碳變換工藝流程的設(shè)計(jì)和選擇,首先應(yīng)依據(jù)原料氣中的一氧化碳含量高低來(lái)加以確定。一氧化碳含量很高,宜采用中溫變換工藝,這是由于中變催化劑操作溫度范圍較寬,使用壽命長(zhǎng)而且價(jià)廉易得。當(dāng)一氧化碳含量大于15%時(shí),應(yīng)考慮將變換爐分為二段或多段,以使操作溫度接近最佳溫度。其次是依據(jù)進(jìn)入變換系統(tǒng)的原料氣溫度和濕度,考慮氣體的預(yù)熱和增濕,合理利用余熱。最后還要將一氧化碳變換和殘余一氧化碳的脫除方法結(jié)合考慮,若后工序要求殘余一氧化碳含量低,則需采用中變串低變的工藝。

2、一、高變串低變工藝當(dāng)以天然氣或石腦油為原料制造合成氣時(shí),水煤氣中CO含量?jī)H為10%13% (體積分?jǐn)?shù),只需采用一段高變和一段低變的串聯(lián)流程,就能將CO含量降低至0.3%,圖2-1是該流程示意圖。 圖2-1一氧化碳高變-低變工藝流程圖1-廢熱鍋爐2-高變爐3-高變廢熱鍋爐4-預(yù)熱器5-低變爐6-飽和器7-貧液再沸器來(lái)自天然氣蒸氣轉(zhuǎn)化工序含有一氧化碳約為13%15%的原料氣經(jīng)廢熱鍋爐1降溫至370左右進(jìn)入高變爐2,經(jīng)高變爐變換后的氣體中一氧化碳含量可降至3%左右,溫度為420440,高變氣進(jìn)入高變廢熱鍋爐3及甲烷化進(jìn)氣預(yù)熱器4回收熱量后進(jìn)入低變爐5。低變爐絕熱溫升為1520,此時(shí)出低變爐的低變氣中

3、一氧化碳含量在0.3%0.5%。為了提高傳熱效果,在飽和器6中噴入少量軟水,使低變氣達(dá)到飽和狀態(tài),提高在貧液再沸器7中的傳熱系數(shù)。二、多段中變工藝以煤為原料的中小型合成氨廠制得的半水煤氣中含有較多的一氧化碳?xì)怏w,需采用多段中變流程。而且由于來(lái)自脫硫系統(tǒng)的半水煤氣溫度較低,水蒸氣含量較少。氣體在進(jìn)入中變爐之前設(shè)有原料氣預(yù)熱及增濕裝置。另外,由于中溫變換的反應(yīng)放熱多,應(yīng)充分考慮反應(yīng)熱的轉(zhuǎn)移和余熱回收利用等問(wèn)題。圖2-2為目前中小型合成氨廠應(yīng)用較多的多段中溫變換工藝。半水煤氣首先進(jìn)入飽和熱水塔1,在飽和塔內(nèi)氣體與塔頂噴淋下來(lái)的130140的熱水逆流接觸,使半水煤氣提溫增濕。出飽和塔的氣體進(jìn)入氣水分離

4、器2分離夾帶的液滴,并與電爐5來(lái)的300350的過(guò)熱蒸汽混合,使半水煤氣中的汽氣比達(dá)到工藝條件的要求,然后進(jìn)入主熱交換器3和中間換熱器4,使氣體溫度升至380進(jìn)入變換爐,經(jīng)第一段催化床層反應(yīng)后氣體溫度升至480500,經(jīng)蒸汽過(guò)熱器、中間換熱器與蒸汽和半水煤氣換熱降溫后進(jìn)入第二段催化床層反應(yīng)。反應(yīng)后的高溫氣體用冷凝水冷激降溫后,進(jìn)入第三段催化劑床層反應(yīng)。氣體離開(kāi)變換爐的溫度為400左右,變換氣依次經(jīng)過(guò)主熱交換器、第一水加熱器、熱水塔、第二熱水塔、第二水加熱器回收熱量,再經(jīng)變換氣冷卻器9降至常溫后 圖2-2 一氧化碳多段中溫變換工藝流程1-飽和熱水塔2-氣水分離器3-主熱交換器4-中間換熱器5-電

5、爐6-中變爐7-水加熱器8-第二熱水塔9-變換氣冷卻器10-熱水泵11-熱水循環(huán)泵12-冷凝水泵送下一工序。三、中低低工藝上述全低變工藝相比于傳統(tǒng)中變工藝和低變工藝具有能抗硫、能耗低等優(yōu)勢(shì),但也暴露出一段鈷鉬耐硫催化劑怕氧、怕油、易反硫化以及要求氣體中硫化氫含量高,容易對(duì)設(shè)備造成腐蝕等弊病,難以維持長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)。鑒于此提出了“中-低-低”變換工藝,如圖2-2所示,變換爐分為三段,各段間均采用氣體與熱水間接換熱降溫,一段采用鐵-鉻系中變催化劑,二、三段用鈷-鉬耐硫系催化劑。為了加強(qiáng)熱量回收,采用以飽和熱水塔為中心,高效段間水加熱器相結(jié)合的熱量回收系統(tǒng)。 圖2-3 中低低變換工藝流程1-飽和熱水

6、塔2-水加熱器3-氣水分離器4-熱交換器5-調(diào)溫水加熱器6-電爐7-變換爐8-調(diào)溫水加熱器 9-冷卻塔10-熱水泵四、全低變工藝近20年來(lái),在變換催化劑和變換技術(shù)的工業(yè)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)Fe-Cr系中變催化劑的一些問(wèn)題,最普遍的問(wèn)題是相當(dāng)多的中小型化肥廠每年大修時(shí)都對(duì)中變催化劑進(jìn)行1/31/2不等的更換處理,不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且增加了購(gòu)買催化劑的費(fèi)用。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),無(wú)論是中串低工藝還是中低低工藝,Fe-Cr系催化劑都會(huì)表現(xiàn)出以下突出的缺點(diǎn):活性溫度高,導(dǎo)致熱損大,蒸汽消耗高,阻力相對(duì)也大;相對(duì)于耐硫低變催化劑而言,易粉化,易被硫等毒物中毒,使用壽命短;在相同的生產(chǎn)能力前提下,使用Fe-Cr催化劑需要

7、較大型的設(shè)備,因此一次性投資和維修費(fèi)用均高于全低變工藝。全低變工藝是針對(duì)傳統(tǒng)中變、低變工藝存在的缺點(diǎn),使用寬溫區(qū)的鈷鉬耐硫低溫變換催化劑取代傳統(tǒng)的鐵鉻系耐硫變換催化劑,并且由于催化劑的起始活性溫度低,使全低變工藝變換爐的操作溫度大大低于傳統(tǒng)中變爐的操作溫度,使變換系統(tǒng)處于較低的溫度范圍內(nèi)操作,入爐的汽氣比大大降低,蒸汽消耗量大幅度減少。但也由于入爐原料氣的溫度低,氣體中的油污、雜質(zhì)等直接進(jìn)入催化劑床層造成催化劑污染中毒,活性下降。全低變工藝流程如圖2-4所示。全低變工藝是將原中溫變換系統(tǒng)熱點(diǎn)溫度降低100以上,從而非常有利于一氧化碳變換反應(yīng)的平衡,實(shí)際噸氨蒸汽消耗量?jī)H為250 kg左右,且熱回

8、收設(shè)備面積小。該工藝帶來(lái)的效益是顯而易見(jiàn)的,具體優(yōu)點(diǎn)如下: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。床層溫度下降100200,氣體體積縮小25%,降低了系統(tǒng)阻力,減少了壓縮機(jī)功率消耗。換熱面積減少50%左右。從根本上解決了中變催化劑的粉化問(wèn)題,改善了催化劑的裝卸勞動(dòng)衛(wèi)生條件。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%。操作容易,啟動(dòng)快,增加了有效運(yùn)行時(shí)間。降低了對(duì)變換爐的材質(zhì)要求,催化劑使用壽命長(zhǎng),一般可使用5年左右。 圖2-4 鈷鉬耐硫系全低變工藝流程圖1-飽和熱水塔2-水加熱器3-氣水分離器4-熱交換器5-電爐6-變換爐7-調(diào)溫水加熱器8-鍋爐給水加熱器9-熱水泵近年來(lái)開(kāi)發(fā)的無(wú)飽和塔全低變流程的優(yōu)點(diǎn)更為明顯,從根本上杜絕了設(shè)備的腐蝕,減少了因變換腐蝕而導(dǎo)致的停車,設(shè)備減少,系統(tǒng)的阻力降低,壓縮機(jī)出力提高,減少了原飽和塔循環(huán)熱水泵的用電,降低了熱水排放的能耗,減輕了對(duì)設(shè)備的腐蝕,更