项目三 原料气的变换

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学工业出版社,项目,三,原料气的变换,项目三 主要内容,1,变换反应的原理,2,变换反应催化剂,3,变换反应过程工艺流程,4,变换过程操作要点,5,故障判断及处理方法,一、,CO,变换的原理,1.,CO,变换的重要意义,合成氨原料气中均含有,11%48%,不等的,CO,，,CO,作为氨催化剂的毒物必须加以彻底清除；,提问,：大量,CO,能否采用酸性或碱性溶剂加以脱除？为什么？,因为,CO,本身既不是酸性，也非碱性，很难直接加以脱除。绝大部分,CO,是通过变换反应脱除的，,CO,变换转化为易于脱除的,CO,2,合成氨原料气氢气。,CO,变换另有两个重要作用：,一是调整,氢氮比例,，,二是将,有机硫,转化为无机硫。,2.,变换反应的化学平衡,变换反应的化学方程式：,CO+H,2,O(g)CO,2,+H,2,+41.17kJ/mol,提问,：,该反应有何特点？,可逆、放热、等体积的气固相催化反应。,提问,：在其它条件一定情况下，提高温度时，变换反应的化学平衡是如何移动的？为什么？,2,汽气比,/,水蒸汽比例,3.,三个重要的新概念,变换率,1,最佳反应温度,T,m,3,对,干气体积,来说，变换反应是一个体积增加的反应，变换率,的计算公式如下：,式中,CO,变换率，,%,；,V,CO,原料气（干气）中,CO,含量，,%,；,V,CO,变换气（干气）中,CO,含量，,%,。,变换率,1,是指水蒸汽与,CO,的摩尔比或体积比（），实际生产中，,35,。改变汽气比是工业变换反应中,最重要的调节手段,。,水蒸汽用量是变换过程,最主要的消耗指标,。,因此，工业生产上应在满足,最终变换率、,或变换气中,残余,CO,含量,要求的前提下，尽可能降低汽气比。,提问,：,最终变换率是不是越高越好？为什么？,或：,变换气中残余,CO,含量是不是越低越好？为什么？,2,水蒸汽比,提问,：,可逆放热反应必定存在一个,最适宜温度,T,m,，为什么？,其,T,m,与对应的平衡温度,T,e,之间存在如下关系：,随着变换反应的进行，,T,m,不断降低，这和绝热催化反应的温度升高矛盾。为了解决这一矛盾，工业生产中通常采用,多段变换反应结合多段冷却的方法,进行变换反应。,多段冷却的方式又可分为中间换热式、喷水冷激式和蒸汽过热式等三种形式。,最佳反应温度,T,m,3,二、变换反应催化剂,1.,铁镁系催化剂,主要成分是,Fe,2,O,3.,MgO,、,Cr,2,O,3,，习惯上叫铁镁催化剂。在投入变换炉后必须还原为,Fe,3,O,4,才具有催化活性。,其变换反应温度在,400500,之间，因其有较好的耐热性也称为高温变换催化剂，或中温变换催化剂。,该催化剂最大的特点就是能将煤气中的硫氧化碳、二氧化硫等转化为硫化氢：,COS+H,2,H,2,S+CO,COS+H,2,O H,2,S+CO,2,2.,铁铬系催化剂,以,Fe,2,O,3,、,Cr,2,O,3,为主体，少量,MgO,，与铁镁系催化剂相比，其,CO,变换转化率较高，蒸汽消耗也较低，其操作温度为,315485,，但对原料气中硫化物含量要求较严格。,铁铬系催化剂国产型号主要有：,B106,、,B109,、,B110-2,、,B112,、,B113,、,B117,等，也称中温变换催化剂。,3.,钴钼耐硫催化剂,主要成分为,CoO,、,MoO,、,K,2,O,和,Al,2,O,3,，以球形,Al,2,O,3,为载体。不仅能耐高硫原料气，而且对有机硫有,70%,的转化率，特别适用于联醇工艺，很宽的活性温度范围：,160500,。,不足之处：使用前必须经过的,硫化处理,。,CoO,+H,2,S,CoS,+H,2,O+13.4kJ/mol,MoO,3,+2H,2,S+H,2,MoS,2,+3H,2,O+,48.1kJ/mol,CS,2,+H,2,2H,2,S+CH,4,+240.6kJ/mol,硫化反应的逆反应,反硫化反应,，该催化剂失活的重要原因。,一般要求变换的原料气中,H,2,S,最低含量为,5080 mg/m,3,。,三、变换工艺流程与主要设备,CO,变换工艺流程有多种类型，如多段中变流程、中变串低变流程、全低变流程等。,如何选用主要取决于原料气中,CO,含量高低、,变换气中残余,CO,的脱除工艺,等。,如原料气中,CO,含量高，或者是联醇工艺中允许变换气中有较高的,CO,含量，则应采用多段中变工艺，因为中变催化剂操作温度范围宽、价廉易得、使用寿命长；,反之，原料气中,CO,含量不高，可采用中变,-,串低变流程，如天然气蒸汽转化法制氨流程，这样可简化流程、降低能耗。,1.,多段中变流程,1,饱和热水塔；,2,气水分离器；,3,主热交换器；,4,中间换热器；,5,电炉；,6,变换炉；,7,水加热器；,8,第二热水加热器；,9,变换气冷却塔；,10,热水泵；,11,热水循环泵；,12,冷凝水泵,2.,变换工艺条件,中温变换工艺条件,操作温度,反应开始温度为,320380,；,催化床层热点温度为,530550,。,变换反应过程中存在,最适宜操作温度,。,放热反应，与最适宜温度却随变换率的升高而相矛盾。,变换炉第一段的温度最高，第三段变换温度最低。,多段变换,T,与,CO,的关系,操作压力,虽然是等体积反应，减小变换反应器体积和节约压缩功。因此，一般变换压力为,1.21.8MPa,。,汽气比,在变换反应中，汽气比的大小决定了,CO,变换率的大小，在联醇工艺中还决定了醇氨比的大小、甲醇和合成氨的产量、能耗高低。,水蒸汽比例一般为,25,。,空间速度,空间速度简称空速，其大小既决定催化剂的生产能力（或生产强度），也关系到,CO,变换率的高低。一般空速在,20003000h,-1,之间。,四、变换过程操作要点,1.,岗位正常操作,原始开车。,对照图纸，全面核对。所有设备是否安装就绪；所有管线、阀门是否连接配齐；所有仪表管线、测温点、压力表是否配置齐全；所有电气开关及照明安装是否正确、开关是否灵活。,空气吹净。,空气试压。,催化剂装填。,系统置换。,煤气风机及煤气进口管道置换。,正常开车,全面检查系统所有设备、管线、阀门，仪表、电器设备应符合开、停车要求。,联系调度送中压蒸汽暖管，排放冷凝水，待炉温达,200,可导气。,无论何种情况床层温度都不能低于露点温度（,1.35MPa140,），否则煤气中蒸汽冷凝，导致催化剂中钾的流失而影响其催化活性。,根据系统气量大小、压力高低，调整蒸汽加入量，控制好汽气比。,开车初期炉温较低，如使用冷煤气副线进行调温易使变换炉入口温度低而带水，应以蒸汽量调节。,调节汽气比，使炉温在正常范围内，并使出系统变换气中,CO,含量达标后，联系调度，缓慢打开系统出口阀，关闭放空阀，向后工序送气。,2.,正常生产时操作要点,根据气量大小及半水煤气成分分析情况，调节汽气比，保证变换气中,CO,含量在控制指标内。,催化剂床层温度的变化应根据“灵敏点”温度的升降来判断。,根据催化剂使用情况，调整适当汽气比和床层温度。,要充分发挥催化剂的低温活性，在实际操作中关键是稳定炉温，控制好汽气比。,在生产突遇减量，要及时减少或切断蒸汽供给。,临时停车，先关蒸汽阀，计划停车可在停车前适当减少蒸汽，系统要保持正压。,3.,停车,短期停车,接到调度停车通知后，准备停车，适当提高床层温度。,压缩发出信号后，关蒸汽阀，系统用煤气吹除,3040min,后，关闭系统进出口阀、导淋阀、取样阀，保温保压。,短期停车后，应随时观察，注意系统压力、床层温度，一定保证床层温度高于露点温度,30,以上。当床层温度降至,120,之前，系统压力必须降至常压，然后以煤气、变换气或惰性气体保压，严禁系统形成负压。,长期停车,全系统停车前，卸压并以干煤气或氮气将催化剂床层温度降至小于,40,，关闭变换炉进出口阀门及所有测压、分析取样点，并加盲板，以煤气、变换气或惰性气体保持炉内微正压（表压,300Pa,），严禁形成负压。,必须检查催化剂床层时，催化剂需钝化、降温后，方能进入检查。,紧急停车,因变换岗位断水、断电、着火、爆炸、炉温暴涨、设备出现严重缺陷等情况，不能维持正常生产，应立即发出紧急停车信号。,若接到外岗位紧急停车信号，得到压缩机发出切气信号后可做停车处理。,及时切断蒸汽，以防止短期内汽气比剧增，引起反硫化导致催化剂失活。迅速关闭系统进出口阀，以及相关阀门，然后联系调度，根据停车时间长短再做进一步处理。,五、变换过程故障判断及处理方法,问题,原因,处理方法,变换炉,系统着火,易燃物靠近高温着火,用灭火器或消防水灭火，清除易燃物,漏气着火,用氮气灭火，漏气较大时联系停车处理,催化剂,失活,反硫化,严格升温硫化操作，维持适当的,H,2,S,含量,煤气中粉尘及油污堵塞催化剂,加强气体净化操作,煤气中氧含量长时间超标,联系调试员及自控岗位调整氧含量,0.3%,变换系统,压差大,设备堵塞,停车处理,催化剂表面结块或粉化,蒸汽带水或系统内积水,排净系统积水,炉内温度,剧列变化,煤气中氧含量超标,联系调试员及自控岗位调整氧含量,0.3%,煤气流量大幅度变化，蒸汽量调节不足,加强操作,蒸汽带水至变换炉,加强排污并及时调试员进行处理,变换气中,CO,超标,炉温波动,稳定工艺，稳定炉温,蒸汽压力低，汽气比低,加大蒸汽补入量，联系提高压力,催化剂床层有短路现象,停车检修,炉内换热器内漏,停车检修换热器,催化剂活性降低,适当降低汽气比，提高煤气,H,2,S,含量，加强净化操作，严格控制煤气中粉尘、油污、氧,六、,变换过程与节能,充分考虑中变催化剂的有机硫转化功能。,合理确定,CO,最终变换率。,合理选择低温高活性变换催化剂。,合理选择变换炉控温方法。,注意充分发挥变换催化剂的低温活性。,合理选择调节变换炉温度的方法。,避免让部分原料气走近路阀。,问题与思考,CO,变换工艺流程设计,