煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術的選擇

曹 盟

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

1 國內常用的幾種煤氣化工藝

目前，國內外先進的煤氣化工業上廣泛應用的是氣流床工藝，主要包括水煤漿氣化和粉煤氣化兩大類，其中粉煤氣化因高溫合成氣的冷卻方式不同又分為廢鍋型和激冷型兩種。具有代表性的廢鍋型流程有國外引進的 Shell 粉煤氣化工藝；激冷型流程包括國外引進的GSP粉煤氣化工藝和國內自主開發的“航天爐”、“東方爐”粉煤氣化工藝等。這些氣化裝置產出的合成氣通常用來制氫、合成氨、甲醇、合成油、基合成產品等。根據下游產品的不同，與這些氣化裝置配套的一氧化碳變換主要分為兩大類：一類是要求 CO基本達到完全變換，如煤制氫、煤制合成氨等；另一類是要求 CO只達到部分變換，如煤制甲醇等。

2 與粉煤氣化配套變換工藝技術的選擇

2.1 粉煤氣化配套變換工藝種類

粉煤氣化分為廢鍋型和激冷型兩類，由于其粗煤氣的 CO濃度很高，因此如何控制超溫成為配套一氧化碳變換的技術關鍵。目前根據粗煤氣中水氣比不同，一般可分為低水氣比、高水氣比、中低水氣比變換工藝。

2.2 低水氣比變換工藝

該工藝是要求各變換爐入口均維持低水氣比在 0.15～0.5，通過維持低水氣比來控制變換反應的平衡，進而控制反應深度和床層溫度，達到在不足以發生甲烷化副反應的前提下，將高濃度的CO通過逐級部分變換，最終得到希望的氣體組成。該工藝技術已在國內申請專利，自2007年起，在國內多套裝置成功應用。與目前運行的高水氣比工藝相比，其技術優勢在于通過低水氣比控制反應的平衡來控制變換出口CO含量，控制手段容易實現、且靈活穩定，能使高濃度 CO 變換氣在緩和的條件下進行變換反應，實現裝置長周期穩定運行。用廉價的水替代高品位的蒸汽，明顯減少了蒸汽用量，節能效果顯著。水氣比低則工藝氣的露點溫度也低，相應可降低反應器的入口溫度，在達到同樣轉化率的前提下，床層熱點溫度相應降低，既避免了甲烷化副反應的發生，也降低了設備投資。低水氣比對變換氣中的硫化氫含量的要求也低，有利于克服變換氣低硫高水氣比時易發生反應，當然該工藝也存在一定的缺陷。由于原料氣水氣比低、發生甲烷化副反應的可能性大、床層的熱點溫度不能太高，因此比高水氣比流程多增加一臺變換妒

2.3 變換爐升溫及保溫

每臺變換爐單獨升溫，而一變爐催化劑為預硫化催化劑，預硫化型耐硫變換催化劑中的活性組分鈷、鉬分別以硫化鈷、二硫化鉬的形式存在，為保證運輸和裝填安全，出廠前要進行催化劑的表面鈍化，開車使用時要先經過升溫對鈍化膜進行處理，以保證催化劑能夠在工藝生產過程中達到理想的使用效果，其使用性能能夠得到充分的發揮。

催化劑的升溫處理方式一般選用氮氣添加少量馳放氣，采用一次放空或循環等方法對催化劑進行升溫。

2.4 第一變爐的升溫步驟

2.4.1 升溫前的準備工作

（1）催化劑裝填完畢，并氣密合格。

（2）氮氣系統置換合格，各導淋取樣分析O2含量≤0.1%。（3）弛放氣具備使用條件。

2.4.2 氮氣置換

（1）打開管道上所有導淋，將系統中冷凝液排凈（原始開車無此部分操作）。

（2）置換前系統液位計、壓力表根部閥打開，各盲板位置正確，各調節閥處于關閉位置。

（3）將本工段氣相管線打通：打開E02802出口閥，FL-02802管線上閥門置換第一變換爐前系統；設備有副線的同時打開副線。

（4）把管線GAN-02801-100上的氮氣8字盲板導至通位，打開該管線上閥門，打開各工藝自調閥及旁路，打開導淋進行置換。向變換高壓系統充壓至0.5MPa后，開啟PV02814放空卸壓，對變換系統進行氮氣置換；對升溫低壓系統氮氣置換，采用其獨立系統進行氮氣置換，由PCV02801放空閥排放置換。

（5）反復采用上述方法，直至變換系統出口取樣分析氧含量小于0.1%時，則變換系統工藝管線氮氣置換合格。氮氣置換合格后關閉所有導淋及放空。N2盲板盲好，保證系統開車前處于N2環境。

（6）粗煤氣去一期甲醇裝置管線通過HV02805和FV02816A進行置換，通過現場導淋進行放空。

2.4.3 變換爐的氮氣升溫

氮氣升溫應具備的條件需要滿足氮氣冷卻器冷卻水投用；氮氣鼓風機冷卻水投用，具備開車條件；高壓蒸汽至E-02808暖管合格，具備投用條件。

2.4.4 催化劑的升溫

（1）緩慢打開變換爐的氮氣入口截止閥，使爐內壓力與開車氮氣管線壓力平衡；壓力平衡后，全開變換爐的氮氣進出口截止閥，把整個回路充壓至0.1MPa。

（2）按照程序啟動氮氣鼓風機B02801，建立氮氣循環用純氮氣對催化劑床層進行升溫，催化劑床層升溫一定要平穩，控制氮氣的升溫速率不超過20℃/h。

（3）催化劑床層升溫時，初始控制變換爐入口溫度約140～150℃，當變換爐出口溫度大于120℃時，可配入弛放氣控制變換爐出口氫氣含量在1%～2%對催化劑床層繼續升溫。

（4）配入弛放氣后，以10～20℃/h的升溫速率逐漸將加熱器出口溫度提升至220～240℃，觀察床層溫度變化情況，當催化劑床層達到250～270℃時，會有一個比較強的反應放熱期，如床層溫升過快并超過250℃時應立即停止弛放氣配入，當床層溫度降至200℃以下時可重新配入弛放氣，再次配入弛放氣時一定要緩慢，避免床層再次出現超溫。

（5）控制變換爐出口H2濃度達到2%左右，當床層無明顯溫升時，以10～20℃/h的升溫速率再次提高加熱器出口溫度至260～280℃繼續對床層進行升溫。

（6）變換爐床層溫度達到260-280℃并恒溫4～6h，分析變換爐進出口H2含量無明顯變化時，視為催化劑升溫處理結束。

2.5 催化劑升溫的注意事項

升溫前的準備工作需要催化劑裝填完畢，并氣密合格。檢查氮氣系統置換合格，各導淋取樣分析O2含量≤0.1%。保證原料氣具備使用條件。

（1）用純氮氣對催化劑床層進行升溫，催化劑床層升溫一定要平穩，控制氮氣的升溫速率不超過20℃/h。

（2）催化劑床層升溫時，初始控制變換爐入口溫度140～150℃，當變換爐出口溫度大于120℃時，可配入原料氣控制變換爐出口氫氣含量在1%～2%對催化劑床層繼續升溫。

（3）配入原料氣后，以10～20℃/h的升溫速率逐漸將加熱器出口溫度提升至220～240℃，觀察床層溫度變化情況，當催化劑床層達到250～270℃時，會有一個比較強的反應放熱期，如床層溫升過快并超過250℃時應立即停止原料氣配入，當床層溫度降至200℃以下時可重新配入原料氣，再次配入原料氣時一定要緩慢，避免床層再次出現超溫。

2.6 催化劑的降溫

當變換爐催化劑升溫結束后即可對床層進行降溫。逐漸降低加熱器出口溫度對床層進行降溫，降溫速率不超過50℃/h。當床層降至200℃以下時逐漸關閉原料氣配入量。適當加大循環或一次放空氮氣流量，控制熱氮氣溫度，將變換爐催化劑床層溫度降至220～250℃。將變換爐進行氮氣保壓隔離，具備接氣條件。

3 結束語

隨著我國經濟的穩定發展，煤化工作為我國的支柱產業應不斷進行工藝技術的優化和改進，從而促進我國的煤化工技術能夠多樣化適應性發展，為國家的化工產業做出更大的貢獻，所以積極探索煤化工水氣調節十分重要，未來仍然需要繼續探索。