等温变换技术应用于各类煤气化变换装置简介

等温变换技术应用于各类煤气化变换装置简介

发表时间：2014-1-1 文字〖大中小〗阅读次数：580 [关闭窗口]

0、前言

南京敦先化工科技有限公司开发的“等温变换技术”是利用埋在催化剂床层内部移热水管束将催化剂床层反应热及系统多余的低品位热能转化为高品位蒸汽，同时降低催化剂床层温度，提高反应推动力，延长催化剂使用寿命，降低系统阻力，降低工程投资、减少设备腐蚀。该技术已经被安徽昊源化工集团“18.30”合成氨项目（航天炉加压气化水煤气、3.78MPa）、内蒙古某能源单位40亿立方米/年煤制天然气项目（单套通过干基水煤气量6.67×105Nm3/h）、山东某石油化工有限公司160万吨/年深度裂解装置合成气变换装置、山东联盟化工股份有限公司15万吨/年合成氨项目（固定床间歇气化半水煤气、2.2MPa）、河南新乡永昌化工股份有限公司17万吨/年合成氨项目（固定床间歇气化半水煤气、0.8MPa）、湖北华强化工集团10万吨/年合成氨项目（固定床间歇气化半水煤气、0.8MPa）、河北天成化工股份有限公司卢龙分公司6万吨/年合成氨项目（固定床间歇气化半水煤气、0.8MPa）、安乡晋煤金牛化工有限公司5万吨/年合成氨项目（固定床间歇气化半水煤气、0.8MPa）等单位不同煤气化的变换装置所采用。

与粉煤加压气化、水煤浆加压气化以及天然气转化等高水气比、高CO水煤气相配套的变换装置不仅要完成CO转化任务，同时兼顾完成前工序带进变换系统热量回收任务。变换装置热量回收率及回收热能品位高低直接关系到整个装置综合能耗。目前，与之相配套的传统变换工艺多为“多段绝热反应+间接热能回收”方式，工艺流程长、设备多、工程投资大、系统阻力大、露点腐蚀多、设备维修费用高、回收热能品位低、热量回收率低。

与固定床间歇式气化以及尾气回收等低水气比、低CO半水煤气或水煤气相配套的变换工艺流程类型繁多，从热能回收来分可以分为“有饱和热水塔”和“无饱和热水塔”两种类型；从催化剂选型上来分可以分为“中串低”、“中低低”、“全低变”三大类型。此类变换装置均需要向系统添加蒸汽，流程设置上也是“多段绝热反应+间接热能回收”方式，就现有运行的变换装置而言，普遍存在蒸汽消耗高、系统阻力大、设备腐蚀严重、低品位热能多等缺陷。

现有变换装置工艺流程及热能回收是按照催化剂使用温区、CO转化率、各段平衡温距作为主要设计依据的绝热催化剂床层设计理念。随着CO摩尔分率高、CO转化率提高、催化剂使用温区窄，在确保每段具有较大反应推动力时，势必造成催化剂床层多、间接移热设备多、工艺流程长、系统阻力大、热能回收率低、低品位热能多等缺陷。随着煤价不断攀升，变换装置已经成为各类煤化工企业降低综合能耗、降低产品成本的重要工序。

目前，变换装置存在能耗偏高、低品位热能多、工程投资大等诸多缺陷主要因为催化剂厂家仅提供催化剂用量、分段数量及进出催化剂床层简单物料热量衡算；设计院或使用单位根据催化剂厂的条件完成软件包及工程设计，设计院或使用单位在完成软件包设计时不能违背催化剂使用条件，只有采用不同温度的介质将变换系统热量移走以满足每一床层进口温度需求和变换系统热能回收，势必造成流程设置越来越长、工程投资加大、运行费用增加；反应器设计单位按照设计院或使用单位的条件设计变换炉，反应器设计单位不仅要满足催化剂厂要求，还要符合设计院或使用单位的条件。这种“三分天下”的组合技术是很难提供出一个投资低、运行费用低、露点腐蚀少的变换装置。

南京敦先公司利用自己建立的等温变换反应器数据模型，独立完成反应器动力学、热力学以及系统工艺流程模拟计算。独立完成催化剂用量、系统各节点温度设置、系统物料热量平衡、系统工艺流程设计、设备工艺计算以及系统软件包开发等工作。南京敦先可以对软件包、催化剂选型和用量、催化剂硫化升温、系统转入轻负荷以及转入正常生产进行全面设计、售后服务和技术指导，确保装置一次开车成功。南京敦先公司这种“一站式服务”的等温变换技术及服务模式完全能够杜绝“三分天下”组合技术存在的问题及缺陷。

南京敦先化工科技有限公司针对现有变换装置存在问题以及不同气化路线所产的水煤气或半水煤气分别开发出适合煤制合成氨、煤制天然气、煤制氢、煤制油、煤制乙二醇、煤制甲醇、煤制烯烃等“等温变换技术”。本文就本公司各种“等温变换技术”阐述如下：

1、适用于粉煤加压气化（以航天炉为例）所产水煤气的“等温变换技术”

粉煤加压连续气化所产水煤气具有水气比高、CO摩尔分率高、系统压力高等优点，依航天炉水煤气为例，水煤气中CO 高达68%以上，目前在运行的变换装置为“五段绝热+冷激+间接换热”式，系统静止设备为24台、其中换热设备10台，工艺路线长、系统运行阻力在0.46～0.75MPa，热能回收有0.5MPa、1.27MPa、2.5MPa的饱和蒸汽及180℃、100℃、84℃热水，冷却水消耗高达7820.1kg/tNH3，系统低品位热能较多、运行能耗高、工程投资大。一变炉催化剂易超温，催化剂使用寿命短，1.0～1.5年就要更换一次催化剂。

南京敦先化工科技有限公司针对高水气比、高CO的粉煤加压连续气化所产水煤气变换装置采我公司开发“等温变换”专利技术设计理念，等温变换系统静止设备仅为13台、其中换热设备为6台，工艺路线缩短1/2，工程投资仅为原工艺2/3，系统阻力由现有的0.46～0.75MPa降至0.13～0.18MPa，副产2.5～3.7MPa高品位蒸汽1030kg/tNH3, 副产0.8～1.3MPa低品位饱和蒸汽273kg/tNH3，变换冷却水为“零”消耗。该“等温变换技术”与传统变换工艺相比具有以下优点：（1）杜绝一变炉发生催化剂飞温事故：“等温变换技术”是利用埋在催化剂床层内部移热水管束将催化剂床层反应热及时移出的设计理念，确保催化剂床层温度可控，在任何工况下，第一变换炉催化剂床层温度均可以控制在180～350℃范围，彻底杜绝飞温等安全事故发生；

（2）催化剂装填量不受温度限制、运行周期长：“等温变换技术” 是利用埋在催化剂床层内部移热水管束将催化剂床层反应热及时移出，催化剂装填量不受超温限制，有效延长催化剂使用寿命，确保每炉催化剂使用寿命均在8年以上；

（3）热能回收率高、运行费用低：“等温变换技术”热能回收达96.5%以上，副产蒸汽品位高，脱盐水加热到104℃直接去热力除氧，无需外加蒸汽，变换系统冷却水“零”消耗。与传统变换变换工艺相比，吨氨节省运行费用92.9441元/NH3，对于一套30万吨合成氨装置而言，全年可以节省2788.323万元；

（4）开车时间短、开车平稳、有效降低生产费用：“等温变换炉”配置开工蒸汽喷抢，每次开车前通过蒸汽喷射抢将蒸汽添加在等温变换炉内部水管中，并利用本身的热水循环系统将催化剂床层温度提高到200℃以上。负荷较轻时，通过蒸汽喷射枪过来的蒸汽维持催化剂床层热平衡；负荷较大时，循环水吸收催化剂床层热量转化为蒸汽向外界输送，完全可以实现变换装置开车时间为“零”，每次开车至少可以缩短10小时以上。有效杜绝绝热催化剂床层用电炉把催化剂床层温