水煤气的变换工艺.

一氧化碳的变换工艺兖矿新疆能化有限公司煤化工项目筹建处2009年2月总论变换工艺原理流程简介耐硫变换催化剂反应器事故分析一.总论（一）变换工装置在全厂的位置甲醇合成气化氨变换甲醇洗液氮洗氨合成甲醇变换（二）变换部分的功能1.反应：本系统采用中串低变换工艺流程，变换触煤采用耐硫宽温Co—M0系变换催化剂，反应式如下：CO+H2O（汽）CO2+H2＋41.19kJ/molCOS+H2O（汽）H2S+CO2+Q2.回收热量，产生蒸汽。3.处理冷凝液（气提）。（三）合成氨变换的目标项目水煤气变换后温度℃239.740压力Mpa6.36总气量Nm3/h100958152325（6542）CO％45.31H2％35.356CO2％18.541.8H2S％0.260.18（四）甲醇变换的目标项目水煤气变换后温度℃242.740压力Mpa6.36总气量Nm3/h142218.5172237CO％45.3319.97H2％35.546.6CO2％18.532.7H2S％0.260.21（五）手段1.氨变换：全部变换工艺：指将全部水煤气引入一氧化碳变换工段进行处理；气化(45.7％)中变炉（4％）低变炉（1％）甲醇洗甲醇驰放气2.甲醇变换:部分变换工艺：指将一部分水煤气引入变换工段进行一氧化碳变换处理；气化(45.7％)中变炉（6％）（20％）甲醇洗副线(1)甲醇变换CO含量的确定水煤气经净化处理制得的新鲜气满足甲醇生产的需要，即气体成份为：(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.05~2.15。由于新鲜气中大约有2.8％的CO2,故出变换的工艺气中H2/CO2.05。通过物料衡算，脱碳后气体中CO的含量在28－30％范围内可以满足甲醇生产需要；同时，在甲醇合成催化剂使用的不同阶段对气体成分要求会有所变化，通过调整CO变换率和配气量来实现。(2)甲醇变换气量的分配实现出变换的CO含量在20％左右，水煤气需要做以下分配：甲醇变换气总气量为：142218.5Nm3/h；配气量：61012Nm3/h;经变换炉气量：81140Nm3/h；CO转化率：81.7%。气量分配有可能带来的问题：变换固体颗粒带入低温甲醇洗系统！(3)合成氨变换CO的确定？液氮洗冷量回收的一部分，1％的CO含量可以维持液氮洗的冷量平衡，少加液氮提供冷量。作为液氮洗的处理气体，CO在整个流程中可以控制即通过控制变换工艺使CO含量降低至0.4％，可以有效的减少液氮洗去燃料气管网的CO气量！哪一种更经济！液氮洗冷量：①高压氮气产生J-T效应而获得了液氮洗工序所需的绝大部分冷量。②从空分装置引入的液氮向液氮洗工序提供补充冷量。③燃料气和回收氢气的冷量回收。液氮洗工艺流程简图二.变换工艺原理（一）CO变换反应本系统采用中串低变换工艺流程，变换触煤采用耐硫宽温C0—M0系变换催化剂，反应式如下：CO+H2O（汽）CO2+H2＋41.19kJ/mol（二）影响变换反应的因素1.温度由于变换反应为放热反应，从反应平衡上看应该是温度越低越有利于反应的进行，但温度低了反应速度也降低了，达到同样的反应深度就需要较长的反应时间，这就增加了催化剂的装填量，提高了成本。同时，由于受温度的控制，出口一氧化碳的含量受到限制。即为什么合成氨变换需要设置两个变换炉，在不同的温度下操作。中变炉的热点温度《450－460℃，低变炉的热点温度在250－260℃。5060807090100200300400500600700800平衡变换率%温度℃2.压力压力对变换反应平衡没有影响，增加压力可提高反应速度。因此，变换的压力由气化和后系统决定。(1)压力对低温甲醇洗的影响由于低温甲醇洗物理吸收，压力高有利于对H2S、CO2的吸收，能耗低，综合吸收效果好！(2)对甲醇系统的影响甲醇合成压力在5.0MPa左右，净化气直接可以进入甲醇合成塔，循环气可以通过循环机增压后进入合成塔，减少了投资，减低了消耗。在正常操作时，要保证压力稳定，防止催化剂颗粒受压不均匀出现破碎，增大阻力，影响变换效果。加压变换与常压相比，有以下优点：①可以加快反应速度和提高催化剂的生产能力，从而可采用较大的空间速度，提高生产强度；②设备体积小，布置紧凑，投资较少；③湿变换气中水蒸汽的冷凝温度高，有利于热能的回收利用。车间定期对同气量下的变换炉出入口压差进行测量来判断催化剂床层的阻力即催化剂破碎粉化程度！3.水汽比（1）定义：是指水蒸汽与水煤气中干基工艺气的体积比。(2)计算方法：水蒸汽/工艺气或在饱和状态下：P水/(P总－P水）；(3)作用：水汽比增加能够提高变换反应的平衡变换率，加快反应速度。从反应方程式来看，提高水气比即增加水的含量有利于CO的转化。同时，一定的水气比可以带走大量的反应热，起到降低床层温度的作用。(4)如何调节水气比提高水气比：在饱和状态下，提高气体的温度。在不饱和状态下，保温好，提高饱和度。降低水气比：降低气体的温度，使水蒸汽冷却。例如：在甲醇变换时，由于气化气体成分中水汽比高，超过变换的需要，在流程设计时，变换炉前设计了水煤气废锅来降低水汽比，通过控制废锅产生蒸汽的压力来调节水气比，使之满足变换工艺要求。4.空速4.1空速：单位时间，通过单位催化剂体积的气体数称为空间速度，简称空速，单位:Nm3/m3·h,简记：h－1；4.2空速的影响：空速过大，停留时间短，反应不完全，变换出口超标，同时大空速很易将床层温度拉垮；空速过低，停留时间长，床层热量不能及时移出，易造成床层超温，烧坏催化剂。在保证一定变换率的前提下，催化剂活性好，反应速度快，可以采用较大的空速，充分发挥设备的生产能力。如果催化剂活性差，反应速度慢，可以适当降低空速。三、工艺流程简介（一）合成氨变换：由气化来的水煤气经煤气水分离器分离掉气体中的冷凝液和微小灰尘后进入中温换热器温度升高至270℃，然后进入中温变换炉，中温变换炉分上、下两段，炉内装有两段耐硫变换触媒，中温变换炉出口气体CO含量为4.0%（干），温度为435℃左右。出中温变换炉的变换气依次经中温换热器、中变废热锅炉降温至260℃，中变废热锅炉同时副产3.8MPaG中压蒸汽。降温后的变换气与甲醇来的驰放气进入低温变换炉，炉内装有两段耐硫变换触媒，出口变换气CO浓度为1.0%（干）；出低温变换炉的变换气276℃经低变废热锅炉降温至205℃，同时生产1.2MPaG蒸汽，然后进入第一水分离器分离掉冷凝液；分离掉冷凝液后的变换气进入低压废热锅炉降温，同时生产0.4MPaG饱和蒸汽，然后进入第二水分离器分离掉冷凝液后再依次经并列的低压锅炉给水加热器Ⅰ脱盐水加热器Ⅰ、变换气水冷器Ⅰ温度降至40℃，然后进入洗氨塔Ⅰ的底部洗涤氨后送至低温甲醇洗。中变炉中变废锅3.8Mpa400℃蒸汽低变炉低变废锅一分变换废锅二分锅炉给水加热器脱盐水加热器水冷器洗氨塔1.2Mpa蒸汽去管网4.0Mpa蒸汽来至氨合成去甲醇洗0.4Mpa蒸汽去管网蒸汽压力与温度的关系压力Mpa0.40.61.01.22.53.829.81温度℃144158180188224248（400）540变换废锅副产蒸汽压力等级的选择？1.根据全厂的蒸汽管网选择及后续装置对蒸汽等级的要求；（加脱盐水降温）2.采用的蒸汽压力对应的温度低于水煤气温度；3.根据锅炉的蒸汽压力来调节变换炉的水汽比；鲁化净化四进口℃出口℃蒸汽规格MPA氨中变废锅3602452.5（224℃）第一低变废锅2502031.3（192℃）第二低变废锅2131620.6（153℃）氨变换工艺指标：一变入口温度：270℃；出口CO≤4％；一变热点温度：≤460℃。低变入口温度：260℃；出口CO≤1％；（二）甲醇变换：来自气化工段的水煤气经水煤气废热锅炉降温，同时生产1.2MPa（G）饱和蒸汽送往管网；降温后的水煤气经第一水分离器分离冷凝液，然后分为两股，一股后进入中温换热器，预热260℃后进入变换炉，炉内装有两段耐硫变换催化剂，气体在变换炉中发生变换反应，出变换炉的变换气CO含量约为6%（干），出口温度约为435℃；此变换气经中温换热器/蒸汽过热器、变换废热锅炉降温；变换废热锅炉产生4.0Mpa（G）的饱和蒸汽经蒸汽过热器过热至400℃送管网；另一股水煤气作为配气后与变换废热锅炉出来的变换气混合为CO含量约~21%（干）的变换气，然后经第一低压废热锅炉降温206℃后进入第二水分离器，分离掉冷凝液后的变换气经第二低压废热锅炉降温162℃后进入第三水分离器；第一低压废热锅炉副产1.2MPaG饱和蒸汽，第二低压废热锅炉副产0.4MPa（G）饱和蒸汽送往管网。经第三水分离器分离掉冷凝液的变换气依次经并列的中压锅炉给水加热器Ⅱ&低压锅炉给水加热器Ⅱ、脱盐水加热器Ⅱ、变换气水冷器Ⅱ冷却后，进入洗氨塔Ⅱ的底部，分离掉冷凝液的变换气经洗涤水洗掉变换气中的氨后送至净化工段。水煤气废锅来至气化4.0Mpa400℃过热蒸汽去管网0.6Mpa蒸汽去外管1.0Mpa蒸汽去外管第一水分离器变换炉变换废锅第一低压废锅第二低压废锅第二水分离器第三水分离器锅炉给水加热器脱盐水加热器变换气水冷器气体去甲醇洗洗氨塔(三)公用部分：由合成氨第一、二水分离器及甲醇第一、二、三水分离器分离出的高温冷凝液都进入变换冷凝液槽进行闪蒸，闪蒸后的冷凝液经高压冷凝液泵升压后送至气化，闪蒸出的部分不凝气与来自气化的高闪气一起进入冷凝液汽提塔的中部。洗氨塔Ⅰ、洗氨塔Ⅱ底部分离出的冷凝液经塔顶冷凝器加热后进入冷凝液汽提塔上部，用本工段产的0.4MPaG饱和蒸汽从塔底汽提，汽提后的冷凝液经低压冷凝液泵升压后送至气化工段，塔顶气经塔顶冷凝器降温、冷凝、分离后的不凝气送至硫回收工段。氨变换1.2分离器高闪气来至气化不凝气去硫回收变换冷凝液槽高温冷凝液去气化冷凝液去气化高压冷凝液泵甲醇变换1.2.3分离器低压冷凝液泵来至洗氨塔冷凝液气提塔0.3Mpa蒸汽高温冷凝液：去冷凝液槽经加压后去水洗塔；低温冷凝液：去蒸发热水塔：公用工程在变换：锅炉给水：脱盐水经加热后进入除氧槽，使水中的O2＜15ug/l，然后由锅炉给水泵送到各废锅。脱盐水经换热器加热后由30℃升高到90℃左右。脱盐水指标：PH=8.8-9.2；Fe：《50ug/L；电导率：《20ug/cm；Cu：《10ug/L；SiO2：《20ug/L；O2:《15ug/L；硬度：《0.2mmol/cm；产蒸汽量：3.8Mpa：氨变换蒸汽过热器：42.5－45.2t/h；甲醇变换蒸汽过热器：17.2－19t/h；1.2Mpa：氨低变废锅：27.7－30.5t/h；甲醇水煤气废锅：33.8－38.8t/h；0.4Mpa：氨低压废锅：47.8－52.6t/h;甲醇低压废锅：52.7－57.9t/h；四、耐硫变换催化剂（一）钴钼系耐硫变换催化剂生产厂家1.青岛庄信恒瑞的K8-11系列K8-11为德国巴斯夫公司生产，采用混捏法制备工艺，以MgO、AL2O3、SiO2为复合载体。在CO含量高、汽/气比低、压力高、床层温度高的情况下，抑制CH4化副反应方面性能更优越。催化剂使用寿命一般在4～7年，使用初期和后期热点温度变化不超过30℃，尤其在变换温升较大的情况下，变换炉床层热点温度变化较小，使正常生产操作比较稳定。2.青岛联信化学有限公司的QDB系列；QDB为青岛联信化学有限公司生产，在齐鲁院技术的基础上有所发展，以镁铝尖晶石为载体，含有多元复合助剂，在高温低硫的条件下使用时，与同类催化剂相比，更能显示其优越的催化性能。为新型耐硫变换催化剂，含有特殊载体，都有良好的低温、宽温、宽硫特性，都有较强抗毒性能，较高的选择性。3.齐鲁院科力公司的QCS系列；国泰甲醇净化催化剂使用型号：湖北化学研究所QDB-04鲁化甲醇净化催化剂使用型号：QDB-03氨净化催化剂使用型号：青岛联信QDB-04QDB04催化剂4.QDB-04QDB-04是一种以镁铝尖晶石为载体，含有多元复合助剂的新型CO耐硫变换催化剂，适宜于在以煤为原料制取氨合成气、甲醇合成气的变换工艺过程中使用，若在压力较高、水蒸汽分压较大