等温变换技术在几种煤气化变换装置中的应用_

前言

南京敦先化工科技有限公司的

“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（航天炉加压气化制水煤气、3.78MPa ）、内蒙古某能源单位40亿m 3/a 煤制天然气项目（单套通过干基水煤气量66.7万Nm 3/h ）、山东联盟化工股份有限公司15万t/a 合成氨项目（固定床间歇气化制半水煤气、2.2MPa ）、河南新乡永昌化工股份有限公司17万t/a 合成氨项目（固定床间歇气化制半水煤气、0.8MPa ）、湖北某化工集团10万t/a 合成氨项目（固定床间歇气化制半水煤气、0.8MPa ）、河北天成化工股份有限公司卢龙分公司6万t/a 合成氨项目（固定床间歇气化制半水煤气、0.8MPa ）、湖南安乡晋煤金牛化工有限公司5万t/a 合成氨项目（固定床间歇气化制半水煤气、0.8MPa ）等单位

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 含量的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；从变换工艺流程及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、

系统等温变换技术在几种煤气化变换装置中的应用

王庆新

（南京敦先化工科技有限公司

江苏南京

210048）

摘要简要介绍等温变换技术在航天炉气化、水煤浆加压气化、有或无饱和热水塔变换装置中的应用实例和效果，总结

了等温变换技术的特点，并与传统变换工艺的技术经济指标进行了对比分析。

关键词等温变换特点应用效果

Application of isothermal transformation technology in kinds of coal

gasification plants

WANG Qing-xin

（Nanjing Dunxian Chemical Technology Company Limited,Nanjing 210048,Jiangsu Province ）

Abstract The paper briefly introduces application example and effect of isothermal transformation technology applied in HT-L gasification,coal-water slurry pressurized gasification and with or without hot water tower transformation device.The paper summarizes characteristics of isothermal transformation technology,and contrastive analysis economic indexes with traditional transformation process.

Keywords isothermal transformation,characteristic,application,effect

氮肥技术

2013年第34卷第4期11

氮肥技术

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，并按绝热催化剂床层设计理念进行设计。但随着CO摩尔分率的提高、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、降低产品成本的主要工序。

南京敦先化工科技有限公司针对现有变换装置存在的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”。现就本公司各种“等温变换技术”阐述如下。

1粉煤加压气化制水煤气的“等温变换技术”

以航天气化炉为例，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，水煤气中CO的体积分数高达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，热能回收副产有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上述情况，采用“等温变换”专利技术设计，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1/3，工程投资仅为原工艺的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，确保催化剂床层温度可控，在一般工况下，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”热能回收率达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，对于一套30万t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”配置开工蒸汽喷枪，每次开车前通过蒸汽喷射枪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”，每次开车时间至少可以缩短10h以上。有效避免了传统变换炉催化剂床层开车时需用电炉把催化剂床层温度升起来，在随着进入气量加大后，催化剂床层温度又降下来，又要加大电炉功率再提升催化剂床层温度等不断来回折腾的现象；

（5）等温变换炉操作温度易于控制，杜绝催化剂反硫化现象。水煤气的变换装置必须选用宽温区耐硫钴钼系催化剂，该类型催化剂在高水气比、高温、低硫等状态下均会出现反硫化现象，造成催化剂中硫丢失，催化剂活性下降。如果采用绝热催化剂床层变换技术，一变催化剂床层温度大部分在450℃以上，此类工况下催化剂会出现反硫化，影响催化剂活性，缩短催化剂使用寿命。而“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，确保催化剂床层温度可控，完全可以控制在

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