CO等温变换技术在合成氨生产中的应用

在 合 成 氨生 产 中 ， 用 各 种方 法 制 取 的粗 原 料 气 都 含有 Ｃ Ｏ， 其 体 积分 数 一 般 为 １ ２ ％ ～ ４ ０ ％ 。合 成
氨需要 的 两种组 分 是 Ｈ ：和 Ｎ ， 因此 需 要 通 过 净 化 工 序对 粗原 料气 进行 处 理 ， 除 去 Ｈ： 和Ｎ ：以外 的杂
以上 ， 传统 Ｃ Ｏ变 换 反 应 将 十 分 剧 烈 ， 变 换 难 度 极 大， 反应 温度 也难 以控 制 。传统 的冷 激换 热 、 气 气 间 冷换 热 、 管 式 反应 器 等 适 应 不 了高 浓 度 Ｃ Ｏ 气体 变 换新 工 艺 条 件 的要 求 。 因此 ， 当前亟待开发 高 Ｃ Ｏ 含量 气 体变 换 的等温 变换 反应 器为 核心 的高效 节 能 工 艺技 术 。
近年 来 ， 等 温变换 技术 已在 国 内推 广应用 ， 并取
过 程 以及 气体 精 制 过程 。变换 工 艺 的选 择 ， 除 了应
满足 粗煤 气组 成及 目标 产 品要 求外 ， 还应 考 虑 安 全
和节 能等 问题 ¨ 。
等 温 变 换避 免 了传 统变 换 工艺 的变换 设 备 多 、
合成 氨生 产 Ｃ Ｏ变换 工 艺诞 生 于 １ ９ １ ３年 ， 至今 已跨 越百 年 。该工 艺 主要用 于 Ｃ Ｏ与水 蒸 气 在催 化
应器 顶部 均匀 加入 ， 从底 部 自动 卸 出 。反 应器 的催
化床 内布 置 了许 多 小 水 管 ， 利 用 变换 反 应 热 加热 管 内水 ， 形成 饱 和水 蒸 汽混 合 物 ， 上 升 的 汽包 ， 分离 出
饱和 蒸 汽 ， 使 反应 层 温 度低 （ ２ ６ ０～ ２ ７ ０℃ ） ， 且保 持
关键词 ： 等温变换 工艺 进展 应 用
Ｃ Ｏ变换 是合 成氨 生产 过程 中的重要 工序 ， 传统
Ｃ Ｏ变换 技术 为多 段绝 热反 应技 术 ， 工艺 流程 相对 复
Ｃ Ｏ 和 Ｈ ： ； 第 ２步 是 低 温 变 换 ， 将 Ｃ Ｏ 含 量 降 至
０ ． ３ ％左 右 。 因此 ， Ｃ Ｏ变换 反 应 既 是 原 料气 制 造 的
需要在反应过程中将放 出的热量及时移出 ， 并使移 出的热量 接 近放 出 的热 量 ， 两 者相 平衡 的结 果 ， 使 反
应 温度 几乎 不发 生 变 化 ， 达 到 等 温变 换 的 目的 。最 有效 的等温 反应 是 以水 发 生 相 变 为换 热 介 质 ， 以副 产 蒸汽 的方 式移 去反应 热 ， 因水 的相变 热很 大 ， 容易
耐硫 钴钼 系 ， 由低 Ｃ Ｏ多段绝 热变 换到 高 Ｃ ０多 炉变
推广 应用 ， 连续 气 化技术 得 到 了前 所 未有 的发展 ， 变 换气 中的 Ｃ Ｏ含量 在 传 统 的 ３ ０ ％ 基 础上 不 断提 高 ，
有 的甚 至 到 了 ７ ０ ％ 一８ ５ ％ 。如 果 Ｃ Ｏ浓度在 ６ ５ ％
１ 变 换 工 艺
换。传统变换工艺仍是 目 前 在以煤为主要原料 ， 进 行变 换反 应 的主要 生产工 艺 ， 广泛应 用 于煤 制 气 、 煤 制油 、 煤 制天然 气 、 煤制 乙二醇 等化 肥 、 化 工行 业 。
２ 等温 变换
由于变 换 Leabharlann Baidu 应是 强 放 热反 应 ， 等 温变 换 反 应就
杂、 热损 失 高 、 蒸 汽 消耗 多 、 设 备 投 资 大 。特别 是 近
年来 随着 氮肥 生产 工艺 的进 步及 新 型煤气 化技 术 的
继续 ， 又是净化的过程 ， 为后续脱碳过程创造条件 。 Ｃ Ｏ变换 工 艺 为稳 定 运 行 、 降低 能 耗 ， 进 行 了大
量探 索与 实践 ， 近百 年来 历经 由常压 改加压 ， 由高温 变换 改 中 、 低温 变 换 ， 催 化剂 由铁 铬 系 、 铜 锌 系转 成
合成 气高浓度 ｃ ｏ变换等领域成功实现 工业化 应用 ， 为合成 氨企业 实现资 源综合利 用 、 节能降耗 、 低碳
环保提供了新途径 。随着煤气化技术 的进步 ， 粗原料气 中 ｃ ｏ含量提高 到 ７ ０ ％左右 ， 高浓度 ｃ ｏ变换 市 场前景广阔。介绍 了等温变换工艺 的基本原理 、 技术进展 、 工程实例及应用前景 。
移走 反 应热 ， 使反 应 过 程 温 度 保 持不 变 。 同时 沸 腾
水 压力 和温 度存 在 一 一对 应 的关 系 ， 只要 控 制 蒸 汽 压力 ， 调 节 一个蒸 汽压 力 阀 ， 就 可 控制 反 应 温 度 ， 易 于操作 。
质， 原 料气 的净 化处 理 主要包 括变 换过 程 、 脱 硫脱 碳
恒 定 。
由于 Ｃ Ｏ变换 过 程 是 强 放 热 过 程 ， 必 须 分 段 进
行 以利于 回 收 反应 热 ， 并 控 制 变 换 段 出 口残 余 Ｃ Ｏ 含量 。第 １步 是 高 温 变 换 ， 使大 部分 Ｃ Ｏ 转 变 为
・
２・
气体净化
２ ０ １ ３年第 １ ３卷第 ５期
２ ０ １ ３年第 １ ３卷第 ５期
气体净化
Ｃ Ｏ 等 温 变换 技 术在 合 成 氨 生产 中的应 用
汪 家 铭
（ 川化集团有限责任公司 ， 四川成 都 ６ １ ０ ３ ０ １ ）
摘要 ： ｃ ｏ等温变换是近年来开发 的高效节 能新技术 ， 具有能耗低 、 流程 短 、 变换率高等 特点 ， 在 煤制
剂存 在条 件下 进 行 变换 反 应 ， 生成 Ｈ 和 Ｃ Ｏ ， 除去 原料 气 中 的 Ｃ Ｏ， 变换 反应 如下 ：
ＣＯ＋ Ｈ２ Ｏ Ｈ２ ＋ Ｃ Ｏ２ ＋ ４ ０ ． １ ５ １ ｋ Ｊ ／ ｏｏ ｔ ｌ
工艺流程长、 蒸汽消耗 大、 操作控制难度大等弊端。 等温 变换 的关键 设 备 是 等温 变 换 反 应器 ， 或称 等 温 变换 炉 。等温 变换 反 应 器 的催 化 剂 装 卸容 易 ， 从 反