等温变换技术等温变换技术等温变换技术等温变换技术
科技成果——基于相变移热的等温变换节能技术
科技成果——基于相变移热的等温变换节能技术适用范围化工行业甲醇、合成氨、尿素等生产过程中CO变换，以及电石炉、高炉、黄磷等工业尾气回收利用中的CO变换行业现状随着煤气化技术的发展，采用低阶煤连续气化的粗煤气中CO含量越来越高，如粉煤气化的CO含量高达68%以上。
传统变换技术采用多段绝热反应的方式进行，由于反应温度高，只能采用段间喷水冷却增加水汽比以达到目标变换率，导致变换系统热能回收率低，能耗较大。
由于流程长且复杂，系统阻力大，控制操作难度大，难以实现长周期稳定运行。
此外，工业尾气如电石炉尾气、黄磷尾气等，其主要成分是CO，因传统变换技术的制约，高效综合利用难度大，通常只能进行简单燃烧，造成大量的能源浪费。
成果简介1、技术原理变换反应方程式：CO+H2O（汽）=CO2+H2-41.4KJ/mol由上式可知，CO变换反应是强放热可逆反应，如果反应热不能及时移走会造成反应床层的超温，进而烧坏催化剂，影响生产系统的正常运行。
该技术的核心是开发设计了相变移热等温反应器，及时移走变换反应所产生的反应热，保证变换反应催化剂床层的恒温低温。
等温变换反应温度低，远离平衡，反应推动力大，反应效率高。
同时，移热产生高品位蒸汽，可直接回收反应热，相对传统绝热变换工艺可提高反应热回收效率，实现节能。
此外，由于反应器为全径向结构，塔压降低，可替代传统变换系统中的多台设备，简化生产流程，大幅减少系统阻力，降低压缩电耗。
2、关键技术（1）双管板结构技术相变移热等温反应器采用双管板结构，巧妙分隔移热与反应区间，同时悬挂固定移热水管，结构简单，安全可靠。
根据放热反应特点研发的布管方法，可精确控制反应床层温度，温差≤5℃，反应效率高，催化剂使用寿命长，能量回收率高。
（2）双套管与全径向技术相变移热等温反应器中双套管悬挂在管板上，可自由伸缩，有效吸收了热应力，使用安全；利用双套管输送移热的水相，换热效率高；催化剂装填在水管间，反应气流向为径向，反应压降小。
水移热等温变换技术投用
应大合成系统的工艺要求。而等温变换工艺具有的
流程简 单 、 系统阻力小 、 Ｃ Ｏ转化率高等特 点， 则 恰 恰 满 足 了大型化 肥生 产节 能与环 保 的要求 。
该课 题开 发 的碳 氢工 业尾 气深 度净化 催化 剂及 工 艺技术 ， 町实现 超 深 度脱 硫 。设计 出 的多 段 绝热 催 化 甲烷 化工 艺 ， 为解 决 甲烷 化 反应 强 放 热 工 程化 难题 提供 了技 术支 撑 。研 究 开发 的深度 净化 技术 和
务， 达 到 了考核 指标 。
展， 合成氨装置大型化已经成为国内外的主流趋势 。
目前 全 国 年产 ３ ０ ０ ｋ ｔ 氨 以 上 的合 成 氨 企 业 已经 有
４ ０多 家 ， 大 型 合 成 氨 系统 造 气 多采 用 航 天 炉 、 壳 牌
水煤浆 炉等 气化技 术 ， 气化粗 煤气 中 Ｃ Ｏ 含 量 在 ５ ０ ％～ ７ ６ ％， 高浓 度 Ｃ Ｏ 使 传 统 变 换 技 术 已不 能 适
旧变换系统的 １ ． ３ ｋ ｇ ／ ｍ 降至 ０ ． ３ ｋ ｇ ／ ｍ ， 系统阻力 大幅降低 ， 满足了大型化肥生产节能与环保的要求 。 等温变换工艺的成功投用 ， 对 同类型化肥企业
・
３ ０・
气体净化 ２ ０ １ 来自年第 １ ３卷第 ｌ期 变 换 系统 的技术 改 造 具 有 重要 参 考 意 义 。 同时 ， 通
过ｌ 丁艺 系统 的调 整 ， 等 温 变换 ： ｒ艺 呵 以在 大 型合 成
国家 科 技 支撑 计 划课 题 “ 碳 氢 工 业 尾气 合 成代 用 天然 气 工艺 技 术 ＂ 通 过验 收
先 进 的变换 炉技术 ， 系统阻力 大 幅度减 少 ； 变换 反应
等温变换炉
等温变换炉
Z140101629 孙一鸣
目录
01 02 03 04
基本概况 技术介绍
等温变换炉结构
优缺点
1
基本概况
水移热等温变换技术简介
“水移热等温变换技术”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，改变原来采用催化剂装填量来控制催化剂床层温升的被动 设计理念。“水移热等温变换技术”先进设计理对催化剂要求降 低，杜绝飞温现象，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。同时，埋 在催化剂床层内部移热水管束有效回收变换系统反应热及水煤气 带进变换系统的显热和潜热，热量回收集中，品位高。在工艺流 程设置上，变换系统不仅换热设备少、流程短、阻力低，而且工 程投资也低。
结构说明
该等温水移热变换炉专利技术具有以下优点：
（1）部件分开设计制造、便于检修：径向集气筒与移热水管束也为活动连接，径向气体分 布器、径向集气筒及移热水管束均可以单独起吊，更换和检修十分便利。很好解决了国内同 类型等温变换炉不好维修或一旦有问题整台设备报废的现象； （2）结构简单、设备成本低：换热单元为无缝钢管，换热单元上部及下部连接为管式联箱 结构，两种不同介质之间杜绝采用大型管板结构。不仅提高运行安全性，同时有效降低设备 制造成本，同等规模的等温水移热变换炉仅为国内同类型等温变换炉成本的2/3～4/5； （3）换热部件为无缝钢管、运行安全可靠：进水管、下环管、换热管、上环管及出水管均 为无缝钢管，承受内外压差大，运行安全可靠。有效解决了国内同类型等温变换炉管板单侧 承受压差大管板易漏、受压元件承受压差小易变形以及热应力消除不掉筒体或管板易裂等安 全隐患； （4）主要部件可以拆卸、便于催化剂装填和自卸：内件下部无内封头，壳体下封头设有催 化剂自卸口，自卸口直接与惰性物瓷球及催化剂相连，便于催化剂自卸，减轻劳动强度；壳 体上的封头为法兰连接结构，便于移开，催化剂床层上部为可拆卸平盖，装填催化剂时，操 作面积大，利于催化剂装填均匀，并缩短催化剂装填时间， （5）采用全径向结构、床层阻力低：采取全径向结构，催化剂床层基本无阻力。
煤制合成氨不同等温变换技术探讨
煤制合成氨不同等温变换技术探讨曹志斌【摘要】2 kinds of isothermal conversion technologies used in HT-L for pulverized coal pressure gasification were introduced.Respectively from the process scheme,shift converter configuration,key equipment,catalyst and utility consumption as well as economic and technical indicators,the 2 technologies were compared and analyzed.The results showed that both processes had their respective advantages.But because the actual application time was short,the company should take overall consideration according to its situation and choose the isothermal conversion technology suitable for it.%介绍了应用于航天炉粉煤加压气化制合成氨过程的两种等温变换工艺技术,分别从工艺方案、变换炉配置、关键设备情况、催化剂、公用工程消耗以及经济技术指标等方面,对两种等温变换技术进行了比较和分析,企业在进行选择时,应根据自身情况,综合考虑,选择适用于自身的等温变换技术.【期刊名称】《煤化工》【年(卷),期】2017(045)004【总页数】3页(P34-36)【关键词】航天炉;等温变换工艺;合成氨;变换炉;催化剂;公用工程【作者】曹志斌【作者单位】航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司,甘肃兰州730010【正文语种】中文【中图分类】TQ54航天粉煤加压气化（简称航天炉）于2009年进入长周期稳定运行以来，广泛应用于煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制油、煤制己内酰胺等传统煤化工和新型煤化工领域。
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。
CO等温变换工艺技术应用及问题策略分析
(3)等温变换不仅可以让反应炉内温度始终都保持恒定，而且采取“水移热”技术，而已生成大量蒸汽，这些蒸汽可以被循环利用，作为反应原料气，在一些特殊工况下，能够实现蒸汽“零消耗”[4]。
而传统热反应中，需要加入大量蒸汽，将其作为反应开展的原料，同时，为了确保具体反应作业开展期间的稳定性，要在考虑生产环境基础上，适当补充一定量冷激水或者蒸汽，进而达到降低反应炉内温度的目的，这也就会造成多次重复消耗蒸汽，由此可见，等温变换技术在具体应用过程中具有减少蒸汽消耗量的优势[5]。
2 CO等温变化工艺应用问题及对策某工业园区合成氨项目建设初期采用航天粉煤气化炉、四段绝热CO 变换工艺，而且开展了土地施工。
而CO 等温变换工艺随着科技的不断发展，该项技术变得更加成熟，而且该项工艺在具体应用时，CO 等温变换工艺变更加成熟，该项工艺在具体应用期间与传统的绝热变换工艺相比，前者优势十分明显[6]。
因此，在原有绝热变换基础上，进行了适当修改，在进行实际修改过程中，要尽量对原绝热变换工艺应用过程中采用的设备、工艺、土建等各项基础设施进行应用，进而转变为等温变换工艺。
2.1 设计方面遇到的问题及解决对策(1)将在线监测氧含量设备设置在等温变换装置入气口处，通过对该装置进行应用，完成对进入到气口氧气具体含量情况的检测。
气化工艺采取的为粉煤纯氧气化工艺，在实际生产作业开展期间，为了避免生产期间，由于操作人员操作不当出现故障，导致煤气中氧含量超标，而损坏催化剂，通过采用在线检测技术，能够精准度完成对含氧量情况的检测[7]。
(2)针对净化炉层要设置超温报警装置。
净化炉是利用原绝热变化炉为基础改造而成的，其在具体应用过程中起到的关键作用就是对粗煤气进行净化，进而达到脱毒目的，同时，将5.5m 3催化剂转入到净化炉底部，用于变化反应，确保等温变换炉入口煤气温度与露点温度相比更高，而通过对加热报警装置的应用，能够达到提前警示作用。
(3)在净化炉入口前增加一个氮气管道，由于有5m 3的催化剂被装入到了净化炉底部，这一部分催化剂可以被用作变换反0 引言CO 等温变换工艺技术虽然经一段时间的发展已经得取得了一定成功，并且在具体应用期间，也取得了不错的应用效果，但是，从实际情况来看，该项技术应用仍然存在一定问题，因此，要想使其作用能够得到合理发挥，必须要从不同角度入手，做好相应分析工作。
等温变换的工艺流程
等温变换的工艺流程一、等温变换反应的基本原理。
等温变换就是在一个温度相对恒定的环境下进行化学反应哦。
这里面涉及到的核心反应是一氧化碳和水蒸气反应，生成二氧化碳和氢气。
这个反应就像是一场精心编排的舞蹈，一氧化碳和水蒸气这两个小伙伴在合适的条件下欢快地结合，然后变成另外两个小伙伴二氧化碳和氢气。
这种反应在工业上可重要啦，因为氢气可是很多化工生产过程中的关键原料呢。
而且这个反应还能调节气体的组成，让整个生产流程更加合理和高效。
二、原料气的预处理。
在进入等温变换反应之前呀，原料气可不能就这么随随便便地进去。
得先给它来个预处理。
就像我们出门前要打扮一下自己一样。
原料气可能会含有一些杂质，像灰尘啊、硫化物之类的。
这些杂质要是不处理掉，就会像捣蛋鬼一样，影响反应的进行。
所以呢，要先通过一些设备，比如说过滤器把灰尘去掉，再用专门的脱硫装置把硫化物除掉。
只有把原料气弄得干干净净的，才能让它进入到等温变换反应器里面，这样才能保证反应顺利进行。
三、等温变换反应器的构造。
等温变换反应器就像是一个特殊的小房子，是这个工艺流程的核心场所呢。
这个反应器的构造可讲究啦。
它里面有专门的催化剂床层，催化剂就像是这个小房子里的魔法小精灵，能让一氧化碳和水蒸气的反应速度加快很多很多。
而且反应器还有特殊的换热装置，这个换热装置就像是一个温度调节大师。
因为等温变换嘛，要保持温度相对稳定，这个换热装置就能根据反应的情况，及时把多余的热量带走或者补充热量，让整个反应在合适的温度下进行。
这个反应器的外壳也很坚固，要承受一定的压力呢，就像一个坚强的守护者，保护着里面的反应顺利进行。
四、反应过程中的监测与控制。
在等温变换反应进行的时候呀，我们可不能就这么不管它啦。
得像照顾小宝贝一样时刻盯着它呢。
要通过各种仪器来监测反应的情况，比如说监测反应的温度、压力还有气体的流量等等。
如果温度突然升高或者降低了，这就像是小宝贝发烧或者着凉了，我们就得赶紧调整换热装置，让温度回到正常的范围。
高含量一氧化碳等温变换技术及应用
高含量一氧化碳等温变换技术及应用本文旨在介绍一氧化碳等温变换技术及其应用。
一氧化碳是一种重要的分子，在环境中扮演着重要的角色。
一氧化碳等温变换技术是一种最近应用于环境监测、实验室分析和工业应用的技术。
它可以大大提高一氧化碳等温变换测定所需的时间和精密度，从而提高测量效率。
一氧化碳等温变换技术可以分为原理和方法两个部分。
原理方面，一氧化碳等温变换的原理是在给定温度下，一氧化碳在不同的环境中持续不变，从而减少测量所需的时间和错误率。
它的工作原理是通过使用热电偶温度传感器（RTD）来控制一氧化碳的温度，以保持一氧化碳持续性的不变温度。
在方法上，一般使用气相色谱法（GC）或红外线谱（IR）来测量一氧化碳浓度，并利用温度控制器和热电偶温度传感器来控制一氧化碳温度保持不变。
一氧化碳等温变换技术有几种关键优点。
首先，它是一种快速，准确，可靠的技术，可以在很短的时间内测量出一氧化碳的浓度，并且精度很高，重复性很好。
其次，它可以有效节省实验时间，提高测量效率，减少实验人员的工作量，减少环境影响。
此外，一氧化碳等温变换技术具有自动化程度高，操作简单等优点，可满足环境和工业的需求。
一氧化碳等温变换技术有广泛的应用。
它可以用于环境监测，可以用于空气质量分析，以及火灾检测、汽车尾气浓度分析等。
此外，它还可以用于工业应用，比如分析特定空气中的有害气体含量，以改善工作环境的安全；分析水中的污染物浓度，以保护水资源安全。
综上所述，一氧化碳等温变换技术是一种高效的技术，可广泛应用于环境监测、实验室分析和工业应用，具有准确性高、操作简单等特点。
它的应用可以有效改善环境质量，保护水资源等。
因此，发展一氧化碳等温变换技术具有重要的理论意义和实际意义。
本文介绍了一氧化碳等温变换技术的原理、方法和应用，并阐述了其关键优点和重要的理论意义和实际意义。
未来，可以进一步开发一氧化碳等温变换技术，以满足更多的应用需求，更好地保护环境和水资源。
粗煤气co恒等温变换技术及应用
粗煤气co恒等温变换技术及应用粗煤气是煤气化过程中所得到的一种含有大量CO和H2的气体混合物，常被用作能源和原料。
在粗煤气的使用中，高浓度的CO也是一个不可避免的问题。
CO具有极强的毒性和爆炸性，对人类和环境造成极大的危害。
因此，粗煤气中的CO含量必须控制在安全范围内。
而恒等温变换技术是一种用于降低粗煤气中CO含量的有效方法。
该技术基于热力学原理，通过控制反应条件使CO与H2O反应生成CO2和H2，从而使CO含量减少，而H2含量增加。
恒等温变换反应的化学式为：CO + H2O ⇌ CO2 + H2该反应的平衡常数K为：K=[H2][CO2]/[CO][H2O]可以看出，当反应达到平衡时，CO含量与K值成反比，因此可以通过控制反应条件，使K值变小，从而CO含量减少。
恒等温变换反应的控制条件主要有温度、压力和催化剂等。
温度是影响反应速率和平衡常数的重要因素。
反应温度越高，CO含量越少，但同时反应速率也增加，需要消耗更多的能量。
因此，需要在保证反应速率的同时，尽可能降低反应温度。
一般来说，反应温度为350-450℃。
压力也是影响反应速率和平衡常数的因素之一。
压力升高会使反应平衡向生成物方向移动，从而减少CO含量。
但是，压力越高，设备的成本和能量消耗也越大。
因此，需要在不影响设备和能源成本的情况下，选择适当的压力。
一般来说，反应压力为20-40 bar。
催化剂对反应速率和平衡常数也有重要影响。
常见的催化剂包括Fe-Cu、Ni、Co等。
催化剂的特定组成和物理形态会影响反应的速率和选择性。
催化剂的选择应根据具体的反应条件进行优化。
恒等温变换技术在工业上有广泛应用。
一般来说，该技术需要与其他技术结合使用，来实现有效的粗煤气处理。
例如，在工业上，粗煤气先通过两级变换反应器，将CO含量降低到1%以下，然后进入酸性氧化器，将残余的CO完全氧化为CO2。
再加入干燥和洗涤等工艺，最终得到纯净的氢气。
总之，恒等温变换技术是一种有效降低粗煤气中CO含量的方法。
几家等温变换炉技术对比
（8）催化剂装填自卸方便简捷、完全杜绝 催化剂结块后整台反应器报废事故；
（9）气体分布均匀；
（1型化
2.4详细介绍南京敦先等温变换炉的结构特 点
2.4.1通过逐根换热管自身消除、热应力消 除彻底：
外围移热管束采用换热管两端 “R 弯” 来消除应力、内部采用换热管两端“弓形 ”弯来消除应力，每组换热管 我们分别 对初始硫化、过热蒸汽开车、正常运行以 及
进出水总管分别进入分水球腔、集水球腔 内部进行检查、施焊、堵漏， 无需卸除催 化剂。检查、堵漏后原有的催化剂继续投 入使用，DX-V 型可控移热 变换炉此优点 是目前任何一家水移热变换炉无法实现的 ；
2.4.3结构合理，承压能力强、安全系数高： 进水管、换热管束、出水管均为无缝 钢管 ，分水球腔、集水球腔均为球体，DX-V 型 可控移热变换炉使用的承压部件 在所有承 压部件中是承压能力最强的结构，有效规避 现有单管板、绕管式多管板、 板式等结构
回收集中，品位高。在工艺流程设置上，变换 系统不仅换热设备少、流程短、阻力低，而且 工程投资也低。
2.1等温变换炉构造 南京敦先设计的可控移热变 换炉由壳体和内件组成。壳体 由筒体、上封头、下封头组 成， 上封头与筒体之间采用法兰连 接，法兰之间采用“Ω”密封，
上下封头分别设有气体进 出口。
内件由进水球腔、水移热管束、集水球腔、 气体分布筒、密封板、气体集气筒、集 气 球壳、出气管等部件组成，水移热管束与 进出水管之间采用球形联箱结构。
等温变换-王庆新
二、资质及专利证书
三、南京敦先“等温变换” 服务模式及设计理念
1、“一站式”服务模式： 提供软件包、专有技术设备、催化剂用量、催 化剂装填量、现场指导开车直至转入正常生产。这种服务模式利于系统 优化设计、投资抵、能耗低； 2、具体情况具体对待,工艺流程不可能千篇一律：加压气化水煤气采用 “两级等温变换”、“一级等温变换”或“等温变换+非变换”；固定 床半水煤气采用“预变+等温变换”；固定床半水煤气改造技术，找出 最佳点增加一台等“温变换炉”,达到节能目的； 3、安全长周期运行：大型装置可以做到～10年一个运行周期，外围催化 剂床层同样积灰厚度，全径向等温变换炉使用寿命为轴向床层的12.5倍 时间（18.75年）；使用5年后一级等变炉催化剂床层积灰厚度仅是绝 热变换炉使用1.5年时积灰厚度的26.99%；中小型装置做到5～8年一个 运行周期。另外，反应器泄漏检测我们已经解决，确保“等变炉”有微 漏也不会影响系统正常使用。
7、低品位热能少、实 现变换“无”冷却水消耗、将低品位热能 转 化为高品位蒸汽：加压气化的等温变换：我们采用CO反应前移、 低品位热能前移、变换无冷却水消耗为“零”；固定床半水煤 气 变换则是把低品位热能转化为高品位蒸汽（饱和热水塔出口变 换气温度95/80、全低变装置大热交出口变换气温度120/82） 8、我们不仅仅是将低压甲醇塔搬到变换系统 ：变换反应空速低、 催化剂易水合、水蒸气易出现露点、大型装置“二级等温变换炉” 承受负压差大、加压气化气质脏等问题，在软件包设计时均需要 考虑，这也是等温变换技术必须要 “一站式”服务模式的根本， “三分天下”服务模式很难把问题考虑全面(低投资抵、节能等）。 9、等温变换炉必须做到：内件与外筒分开设计、全径向、承受很 负压差大、易于装置大型化、易于反应器直径放大、催化剂便于 自卸(变换催化剂冷热态强度大于低压甲醇催化剂)、要有最佳操 作曲线、易操作等。不是所有低压甲醇塔结构形式均可作为“等
一氧化碳等温变换工艺与常规变换工艺对比
换 热器 建 于反 应 器 中 ，通过 锅 炉 给水 吸 收工 艺余
热 副产 蒸 汽 的方 式移 去 反应 热 ，保 持 催化 剂床 层 基 本恒 温 。这 样 ， 可 以省去 相关 的换 热 和热能 回 就 收设 备 ， 简化 工 艺 流 程 ， 降低 设 备 的造 价 ， 效 并 有
中压 蒸汽来 自管 网
收稿 日期 ：０ ０ ０ — ０； 到修 改 稿 日期 ：００ ０ — ７ ２ 师 ，０ ６年 ７月 毕 业 于 大 连 理 工 女 工 ２０
合 ， 配水 气 比及 温 度后 ， 人 预 变换 炉进 行 预变 调 送 换反 应 。离 开预 变 换炉 的预变 换 气送 入 等温 变换
２ １ 年 ８月 ００ 第３ ３卷 第 ４ 期
Ｌ ｒ ｅ Ｓ ａ ｅ Ｎ ｔ ｇ ｎ ｕ ｅ ｔ ｉｅ ｎ ｕ ｔ ａ ｇ ｃ ｌ ｉ ｏ ｅ ｏ ｓＦ ｒ ｌ ｒＩ ｄ ｓｒ ｒ ｉｚ ｙ
矗 儆
Ａｕ ２ ０ ｇ．０１
Ｖ １ ３ Ｎｏ４ ｏ ． ． ３
一
氧化碳等温变换工艺与常规变换 工艺对 比
第 ４期
张
丽 ． 氧 化 碳 等 温 变换 工艺 与 常规 变 换 工 艺 对 比 一
２３ ３
炉进行 Ｃ ０变 换反 应 。
表 １ 主 要 工 艺 操 作 参 数
后 ， 往 酸性 气 体脱 除 单 元 。另 外 ， 冷 凝 液 分离 送 １
器 排 出 的部 分工 艺 冷凝 液 经 加压 后 返 回预 变 换 炉
硫 变 换 催 化剂 （ Ｔ）催 化 剂 床层 的反应 温 度 控制 Ｉ ， Ｓ
控 制 的过 程 ． 因此 ， 变换 工 艺在 流 程设 置 上均 采用 多段 反应 、 多次 换热 的方式 。这样 ， 造 成 了传 统 就 变 换 工 艺 流程 相 对 复 杂 、 损 失 高 、 汽 消 耗 高 、 热 蒸 设 备造 价 高等 一 系列 问题 。一 次等 温 变换 工 艺将
CO等温变换技术的应用及优势
CO 等温变换技术的应用及优势翁佳伟（福建省石油化学工业设计院，福建 福州 350001）摘 要：本文简要阐述了一氧化碳变换技术的原理及目前较为先进的等温变换技术，结合自身设计的工程 项目，比较等温变换与传统的中低温绝热变换相比的主要特点及优势。
关键词：等温；变换；转化率；蒸汽早在 1913 年，合成氨工业的生产中就利用了一氧化碳与水蒸汽在催化剂上进行变换反应，生成了氢气和二氧化 碳，此后该技术又用于制氢。
在合成甲醇和合成汽油生产中， 也用此反应来调节一氧化碳与氢的比例，以满足工艺的要 求。
近年来在煤制天然气、电石炉尾气的综合利用等技术中， 一氧化碳变换也是重要的一环。
1 一氧化碳变换的反应原理及分析 1.1 一氧化碳和水蒸汽的变换反应CO + H 2O （汽）— CO 2 + H 2 + 41.2kJ/mol (1)变换反应的特点是可逆、放热、反应前后体积不变，并且反应速率比较慢，只有在催化剂的作用下才具有较快的反 应速率。
变换反应是放热反应，反应热随温度升高而有所减少， 不同温度下变换反应的反应热见表 1。
在生产中，应充分回 收利用变换反应热，以便降低能耗。
表 1 变换反应的反应热 温度/℃25 200 250 300 350 400 450 500 反应热(kJ/mol)41.240.139.739.337.838.337.937.31.2 一氧化碳变换反应平衡常数在一定条件下，当反应达到平衡状态时，其平衡常数为：式中 pCO 2、pH 2、pCO 、pH 2O — 分别为各组分的平衡 分压，Pa ；yCO 2、yH 2、yCO 、yH 2O — 各组分的平衡组成，摩尔分数。
不同温度下，一氧化碳变换反应的平衡常数见表 2。
表 2 变换反应的平衡常数 温度/℃ 200 250 300 350 400 450 500 Kp227.986.5139.2220.3411.77.3114.878变换反应的平衡常数随温度的升高而降低，因而降低温度有利于变换反应向右进行，使变换气残余 CO 的含量降低。
煤制氢绝热变换和等温变换技术方案研究
煤制氢绝热变换和等温变换技术方案研究赵代胜【摘要】介绍了绝热变换、等温变换各自的工艺流程和技术特点.以50万m3/h 煤制氢项目为例,分别从工艺流程、系列数、变换炉配置、关键设备情况、催化剂和公用工程消耗以及经济指标等方面,对两种变换技术方案进行了比较和分析.结果表明,等温变换技术在煤制氢项目中具有一定的优势,但也存在低品位蒸汽利用问题及大规模工业化应用业绩偏少等实际情况,企业可根据自身情况,综合考虑,确定最佳煤制氢变换技术方案.【期刊名称】《煤化工》【年(卷),期】2016(044)002【总页数】5页(P6-9,14)【关键词】煤制氢;绝热变换;等温变换;系列数;变换炉;催化剂;公用工程消耗【作者】赵代胜【作者单位】中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司,北京 100011【正文语种】中文【中图分类】TQ54在当前全球发展低碳经济、应对气候变化的背景下，立足我国的能源现状，大力发展煤炭清洁产业具有重大现实意义，煤制氢等煤炭清洁转化技术受到了行业内的广泛关注[1-4]。
煤制氢是将煤气化产生的以C O、H2为主要成分的粗煤气，经过变换、酸性气体脱除、氢提纯等处理而获得一定纯度的产品氢。
其中变换技术是煤制氢过程中的关键技术之一[5-6]，主要通过变换反应，即一氧化碳与水蒸气在催化剂的作用下，于一定温度、压力下，产生二氧化碳和氢气，进而将粗煤气中一氧化碳转化成氢气的过程。
在传统的工业生产中，变换炉均采用绝热反应器，由于变换反应是强放热反应，且是一个热力学控制的过程，因此绝热变换采用多段反应、多段换热的方式，这样会造成绝热变换工艺流程较复杂。
为了优化变换流程及换热方式，近期国内又提出了等温变换理念[7-8]。
本文中，以4.0 M P a（G）水煤浆气化产生合成气，经过变换、酸性气体脱除、氢提纯等工艺路线，制取50万m3/h氢气的煤制氢路线为例，就绝热变换、等温变换两种变换技术方案进行比较和分析，以期给相关研究提供参考。
高含量一氧化碳等温变换技术及应用
高含量一氧化碳等温变换技术及应用
高含量的一氧化碳(CO)温度变换技术是一种新型的可再生能源技术。
它可以将低温的空气转换成高温空气，可在低温时有效地捕获和储存热能，并在高温时有效开释储存的热能，从而达到节能和可再生的目的。
高含量一氧化碳温度变换技术的应用主要包括楼宇节能和冷藏系统冷暖调节等。
在楼宇节能方面，高含量CO温度变换技术可以节省大量的能源，减少物业费用和电费，降低空气污染，以及改善人们的生活质量。
在冷藏系统冷暖调节方面，高含量CO温度变换技术可以非常有效地调控和调节冷藏系统中的温度，从而保持环境温度适宜，从而减少冷藏系统的能耗以及冷藏成本。
高含量CO温度变换技术的另一个重要的应用是可再生能源的发电。
它可以将储存的热能转换成有用的电能，从而满足现代社会对更多可再生能源的需求。
此外，该技术还可以应用于工业过程能耗节能、热管理冷暖调节等领域，以满足不同行业的需求。
而且，与传统的热力学技术相比，高含量CO温度变换技术具有可靠性和可行性等优点，为现代工业发展提供了更有效的能源利用方式。
总之，高含量一氧化碳温度变换技术的出现为节能、可再生能源开发和利用提供了新的可能，对节能、环保和可持续发展具有重要的意义。
等温变换技术第二部分-王庆新(7-11页)
将反应热移出，使得催化剂床层温度稳定在 180～350℃，使得平衡温距加大，同样的条
件下可以提高 CO 的转化率；
（3）催化剂用量减少：等温变换炉反应温度低，平衡温距大、推动力大，与传统绝
热变换工艺相比，总的催化剂用量可以减少 1/4 左右。
（4）采用全径向结构、床层阻力低：采取全径向结构，径向分布筒、催化剂床层及
5.1 等温变换炉结构
我公司设计的等温变换炉（专利号：ZL 2009 2 0048469.7）由壳体和内件组成。 壳体由筒体、上封头、下封头组成，上封头与筒体之间采用法兰连接，法兰之间采用“Ω” 密封，上下封头分别设有气体进出口。内件由水移热管束，气体分布筒、气体集气筒、 密封板、支撑座等部件组成，水移热管束与进出水管之间采用管式联箱结构。内件与外 筒可以拆卸，管内走水、管外装填催化剂，下部设有催化剂自卸口。
5.3 等温变换炉优点：
（1）可副产各压力等级的蒸汽外送蒸汽管网：催化剂床层内埋设换热管，通过水移
地址：南京市沿江工业开发区葛关路 625 号 9
邮箱：njdxhg@
等温变换技术应用于各种煤气化变换装置技术简介-----------南京敦先化工科技有限公司
热副产蒸汽的方式将反应热移出催化剂床层，催化剂床层温度保持在 180～350℃，可以
我们对湖南安乡晋煤金牛化工有限公司 5 万吨/年合成氨的中低低装置进行节能改 造时（系统压力 0.8MPa）。保持原有“中低低”工艺不变，仅在原有变换工艺装置上增 加一台等温变换炉，类似于在变换装置上设置一台副产～3t/h 饱和蒸汽的余热回收锅 炉，工程量小投资抵，不影响有效生产时间。该装置于 2012 年 12 月 6 日投入运行后:
（1）变换系统出口 CO≤4.0%; （2）变换系统蒸汽消耗≤85kg/tNH3（添加蒸汽-副产蒸汽）; （3）系统阻力≤0.06MPa; （3）出最后催化剂床层变换气中夹带蒸汽含量≤～2.49%，有效延长设备使用寿命； （4）变换冷却水消耗≤5.012m3/tNH3;
CO等温变换技术在合成氨生产中的应用研究
CO等温变换技术在合成氨生产中的应用研究摘要：本文对等温变换工艺与原理进行分析，并阐述该项技术在合成氨生产中的技术进展与实践应用。
力求通过对水移热等温变化技术、等温变换炉及配套工艺、CO等温变换技术的应用，达到节能环保的效果。
关键词：CO;等温变换;合成氨生产在合成氨生产中，CO变换属于十分重要的环节，在以往生产中主要采用多段绝热反应技术，不但工序繁琐、投资量大，且热损失度较高，随着氮肥生产与煤气化技术不断成熟，变换气中的一氧化碳含量不断增加，因此对等温变换技术进行创新，与高效节能的目标充分符合。
1等温变换的工艺与原理等温变换的原理在于发挥催化剂中热水管束的作用，使系统中冗余的低品位热能清除，使其转变为高品位蒸汽。
通过对副产蒸汽压力进行控制，使水移热技术的作用充分发挥，对催化剂床层温度有效控制，使其始终处于180-350℃之间，以免出现飞温事故，使催化剂的使用寿命得以延长，缓解设备腐蚀情况发生。
与此同时，在热量移除过程中，变换反应的推动力随之增加，促进煤气中一氧化碳气体的转化。
在合成氨生产过程中，多种粗原料气体在制取时均存在一氧化碳，体积分数在12-40%之间，合成氨主要包括两种成分，即氢气与氮气，应对其进行净化后，将除两种气体之外的杂质起初，才可使目标产品要求得以满足。
一氧化碳的变换工艺流传已久，主要是通过CO与水蒸气的接触，在催化剂作用下实现等温变化，达到剔除杂质的目的，变换反应如下：CO+H2O→H2+CO2+40.15kJ/mol。
式中，一氧化碳在发生变换时释放出强大的热能，应分段进行回收，并对出口处剩余一氧化碳的含量进行严格控制。
首先进行高温变换，将大量一氧化碳变成氢气与二氧化碳，然后再低温变换，使一氧化碳的含量降低，达到0.3%左右，在原料气制造的同时，实现净化目标，为以后的脱碳提供极大便利[1]。
2合成氨生产中CO等温变换技术的在变换反应理论指导下，通过多年对工艺设备的开发研究，在CO等温变换方面已经取得一定成就，主要的技术进展与应用如下。
高含量一氧化碳等温变换技术及应用
高含量一氧化碳等温变换技术及应用一氧化碳（CO）是一种有机物质，在天然环境下存在于气体状态。
近年来，当今社会面临的环境挑战使得一氧化碳等温变换技术受到越来越多的关注。
CO是一种廉价且环保的可再生能源，可以有效地代替石油、天然气和煤炭。
因此，研究和开发高含量CO的等温变换技术及其应用的可行性越来越受到重视。
一氧化碳等温变换技术是指将CO转化为液态状态，然后进行液化，存储和运输，最终还原为原状气态。
这种技术可以有效地增加一氧化碳的质量和含量，并可以通过更少的资源对一氧化碳进行精确控制。
目前，高含量CO的等温变换技术的研究主要集中在以下几个方面：首先，要开发出可以高效储存一氧化碳的技术，以最大限度地减少一氧化碳的损耗。
其次，要研究一氧化碳的吸附、蒸馏和解吸等技术以获得高质量的CO。
此外，还要设计出一套安全、可靠、可控、可维护的等温变换技术，以及指定其应用场景。
高含量CO的等温变换技术可以广泛应用于电力工业、化工工业、环保工业、交通运输等领域。
例如，在电力工业中，该技术可以用于低温热电联产、余热利用以及可再生电力能源的产生和储存，从而大大提高能源利用率和可再生能源供应率。
在化工工业中，该技术可以有效地降低化工反应的能耗，并提高化工反应产物的质量。
在环保领域，CO可以用作替代燃料或添加剂，实现汽车、船舶和航空发动机的低排放。
此外，一氧化碳也可以用于水处理、空气净化和污染物净化等。
在科研和实践中，已经取得了一些进展。
例如，为了满足高含量CO的等温变换技术的要求，已经开发出了CO的储存容器及设备，以及CO液化和焓值调节技术等。
由于CO具有较高的温度容差和抗冻性，因此，CO一氧化碳的等温变换技术在实际应用中具有较高的安全性。
此外，CO的储存和调节也具有良好的经济性，可以有效地节省能源和资源。
综上所述，CO一氧化碳的等温变换技术具有广泛的应用前景，可为电力、化工和环保等行业的发展提供重要的支持。
然而，CO一氧化碳的等温变换技术也存在一些挑战，例如一氧化碳的储存、转化以及污染物的净化等，需要进一步研究和开发。
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“““等温变换技术等温变换技术等温变换技术等温变换技术””””解决措施解决措施解决措施解决措施
公司根据各类变换工艺流程分别
系统阻力、降低循环冷却水耗。
我们对湖南安乡晋煤金牛化工有限公司5万吨/年合成氨的中低低装
0.8MPa”工艺
3t/h
2012年12月6日投入运行后:
1CO含量由原来的1.2%降至0.6%;
20.12MPa降至0.07MPa;
3135kg/tNH
420m3/tNH
50.6 1.3MPa饱和蒸汽236kg/tNH
3
供造气及铜洗使用;
69860kg/tNH
3
降至5670kg/tNH3
710282℃;
84t/h沸腾锅炉。
945.6元/tNH3
5
17万吨/年合成氨项目设计一套带有饱和热水塔
0.8MPa
CO0.7 1.3MPa饱和蒸汽变换系统出口CO≤1.2%供蒸汽消耗≤100kg/tNH3
1CO≤1.2%;
271.2℃;
30.05MPa;
3100kg/tNH3;
48m3/tNH3;
55m3/tNH3;
适用于无饱和热水塔低水汽比适用于无饱和热水塔低水汽比适用于无饱和热水塔低水汽比适用于无饱和热水塔低水汽比、、、、低低低低COCOCOCO 2.5MPa2.5MPa2.5MPa2.5MPa为例为
的““““等温变换技术等温变换技术等温变换技术等温变换技术””””
以固定床间歇式气化炉所产低水汽比、低CO
单套合成氨装置
生产能力达到18万吨/ 2.0 2.7MPa之间。
由于压力
CO2、H2S PH低
CI-1及其它酸根离子对不锈钢焊缝有
腐蚀。
近十年来所建系统压力大于2.0MPa的变换装置均取消了饱和
+喷水冷激”的全低变工艺设计理念。
此类
1
1.0MPa左右;
2
CO反应被移到后续催化剂床层
;
3统出口CO含量在1.2 1.5%
汽消耗一般在350450kg/tNH3;
4
5
氧水水加热器、脱盐水加热器以及喷水增湿器等设备均需要选择不锈
CI-1
用高。
南京敦先化工科技有限公司针对无饱和热水塔低水汽比、低CO半水煤气变换工艺采用我公司“等温变换”专利技术很好得解决了以上问题。
我们为联盟化工股份有限公司设计一套 2.5MPa、合成氨生产能力为15万吨/
1CO≤4.0%;
285kg/tNH3添加蒸汽-;
30.06MPa;
3 2.49%
4耗≤5.012m3/tNH3;
5555、与、与、与、与““““等温变换等温变换等温变换等温变换””””专利技术配套的专利技术配套的专利技术配套的专利技术配套的
等温变换炉等温变换炉等温变换炉等温变换炉
5.15.15.15.1等温变换炉结构等温变换炉结构等温变换炉结构等温变换炉结构
ZL200920048469.7
内件组成。
Ω”
布
管之间采用管式联箱结构。
内件与外
5.25.25.25.2
1
90°垂直换热,
集后由下部出等温变换炉。
2来自汽包的不饱和水自等温变换炉下部进水管进入等温
离出蒸汽去蒸汽缓冲器参加变换反应或外送其它工
环。
5.35.35.35.3
1
化剂床层温度保持在180350
2CO CO
高不利于CO的转化
CO的转化率会造成反
CO
热副产蒸汽的方式
180350
件下可以提高CO
3
化剂用量可以减少1/4左右。
4
催化剂床层及集气筒阻力之和≤0.005MPa。
5,
CO
剂床层的温度也不
6
以单独起吊、更换、检修十分便利。
6666、、、、““““等温变换技术等温变换技术等温变换技术等温变换技术””””之路任重道远之路任重道远之路任重道远之路任重道远
个领先于国外首创的专利技术。
世界上第一套“等温变换”装置在中2012年1112
行。
南京敦先化工科技有限公司自第一套在湖南安乡晋
4
承接了6
水煤浆加压连续气化、间歇式固定床气化所产的高水气比高CO水煤气及低水汽比低CO压力有 6.5MPa、4.0MPa、2.5MPa、0.8MPa
化工企业必选的节能、环保专利技术。
虽然我们承接的设计任务有粉煤加压连续气化、水煤浆加压连续气化、间歇式固定床气化所产的高水气比高CO水煤气及低水汽比低CO
力有6.5MPa、4.0MPa、2.5MPa、0.8MPa
来。
需要各位专家及。