合成氣變換水汽比和變換率的計算及應(yīng)用

王傳亞 王 瑞 毛相林

（濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司，河南 濮陽 457000）

某公司變換工序?qū)碜院教鞝t氣化工序的合成氣，在觸媒的作用下進(jìn)行耐硫變換，使合成氣中CO與H2比例滿足甲醇合成需要后送入凈化工序，同時利用余熱副產(chǎn)0.5 MPa和1.4 MPa的低壓蒸汽。

變換反應(yīng)是一個可逆放熱、等體積的化學(xué)反應(yīng)，從化學(xué)反應(yīng)平衡角度來講，提高壓力對化學(xué)平衡沒影響，但是降低反應(yīng)溫度和增加反應(yīng)物中水蒸汽量均有利于反應(yīng)向生成CO2和H2的方向進(jìn)行。

變換工序變換催化劑采用QDB-04一氧化碳耐硫變換催化劑，反應(yīng)劇烈，工況易波動。由于在線水汽比及在線變換率分析儀一直不能正常投用，因而導(dǎo)致變換爐調(diào)節(jié)難度大，出變換工段的氣體成分波動大。在線分析儀在使用過程中存在幾個缺點(diǎn)：儀器費(fèi)用高；技術(shù)要求高，維護(hù)難度大；維護(hù)費(fèi)用高，每年的維護(hù)費(fèi)用高達(dá)5萬元。

筆者根據(jù)實(shí)際情況總結(jié)出一套計算方法，將計算值、設(shè)計院給出的理論值和在線分析的分析值進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)誤差都在1%以內(nèi)。據(jù)此對2項(xiàng)在線分析儀進(jìn)行技改，只需將其算法植入計算機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)在線顯示，而無需投用2項(xiàng)在線分析儀。

1 算法特點(diǎn)

化學(xué)方程式：

如圖1所示，本算法工藝必須具備以下幾個特點(diǎn)[1-2]：

1)從氣化工段來的粗煤氣出自水洗塔，這樣的水煤氣是飽和氣體，適合飽和蒸汽壓的計算公式：

2)進(jìn)變換爐有進(jìn)料分離器，分離飽和氣體中的液態(tài)水，這時計算適合飽和蒸汽壓的計算公式；

3)出變化工段有變換氣分離器，主要是分離飽和氣體中的液態(tài)水，這時的氣體適合蒸汽壓的計算公式。

2 水汽比與變換率的計算

2.1 氣化爐變換氣的水汽比

1)飽和蒸汽壓pS的計算。由安托尼方程可得：

式中，θ為變換進(jìn)料分離器出口粗煤氣溫度。

2)進(jìn)變換爐粗煤氣水汽體積比X的計算：

式中，p系為變換進(jìn)料分離器出口管道壓力。

2.2 變換率的算法

1)計算依據(jù)。因?yàn)樽儞Q工段的反應(yīng)是一氧化碳和水的反應(yīng)，如果只考慮干氣，則變換工藝的反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是體積增大的反應(yīng)，因此只需比較進(jìn)變換工段的粗煤氣量和出變換工段的變換氣的量即可得出變換氣中CO的含量。進(jìn)變換工段的粗煤氣指出氣化工段洗滌塔的煤氣；出變換工段的變換氣，指出變換氣分離器（也稱除氨塔）的變換氣，2種氣體都經(jīng)過水洗滌，故2種氣體都是飽和氣體。

2)粗煤氣中水蒸汽的飽和蒸汽壓：式中，θ為出氣化洗滌塔氣體溫度。

出氣化洗滌塔粗煤氣的干氣體積流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）qV,粗干：

式中，qV,粗為出氣化洗滌塔粗煤氣體積流量，p粗為氣化工段洗滌塔出口管道壓力。

3)變換氣的干氣。變換氣分離器出口氣體溫度溫度多為35℃以下，此時的飽和蒸汽壓約為5 kPa，變換氣中的水蒸汽含量較小，因此變換氣出分離器的體積流量qV,變約等于變換氣干氣體積流量qV,變干。

4)變換氣中的CO含量計算。氣化爐粗煤氣的在線分析儀，其中有CO的體積分?jǐn)?shù)，即φ(CO)表示粗煤氣中CO的在線分析數(shù)據(jù)，φ′(CO)表示變換氣中CO的體積分?jǐn)?shù)，則：

3 結(jié)束語

變換氣中的CO含量計算用到2個流量計的流量指示和1個在線分析指示，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在線分析的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，可以在公式中參與計算。但是在實(shí)際生產(chǎn)中氣體流量較大，難免與實(shí)際有誤差，且為2個流量，因此建議在使用本公式時，應(yīng)認(rèn)真計算，總結(jié)各種工況的計算值和測量值，然后對流量添加適當(dāng)系數(shù)，對流量計的測量值進(jìn)行修正，以便計算出的理論值更加貼近實(shí)際值，從而可以取代在線分析儀。

[1]王雙成,成弘璐.水的飽和蒸汽壓的計算[J].河南化工,1999(11):29-30.

[2]吳德榮.化工工藝設(shè)計手冊[M].4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.