變換及變換冷卻裝置工藝運(yùn)行控制及影響因素分析

李曉煥

摘要：本文主要分析變換及變換冷卻裝置的運(yùn)行控制以及所帶來的影響，初步介紹冷卻裝置以及變換冷卻裝置的概念，分析其供應(yīng)流程以及操作運(yùn)行方式。根據(jù)目前所發(fā)現(xiàn)的問題，以及所出現(xiàn)的影響因素及時(shí)制定解決措施。

關(guān)鍵詞：變換冷卻裝置;工藝原理;影響因素;控制要點(diǎn)

引言

變換冷卻工段的主要任務(wù)是將加壓氣化來的粗煤氣中的一部分一氧化碳在耐硫催化劑作用下變換為氫氣，以滿足甲烷合成對(duì)原料氣H2/CO控制在2.92-3.04的范圍內(nèi)，確保生成合格產(chǎn)品氣。同時(shí)回收變換反應(yīng)熱，并將本工段產(chǎn)生的含油煤氣水送至煤氣水分離裝置進(jìn)行下一步處理。

一、變換冷卻裝置流程及原理

（一）冷卻裝置

冷卻裝置主要利用水源為主要的降溫介質(zhì)對(duì)粗煤氣進(jìn)行冷卻，靠水的溫升帶走冷凝熱量。主要的運(yùn)行特點(diǎn)是熱介質(zhì)由筒體上的接管進(jìn)入，順序流經(jīng)各折流管道，曲折的流至出口接管。而源源不斷的冷卻水由進(jìn)水口進(jìn)入，吸收熱介質(zhì)放出的余熱由出水口排出。在運(yùn)行的過程中，流動(dòng)的水源能夠?qū)崃坑行У姆稚ⅲ?dāng)水源的溫度降低到一定的水平后，此時(shí)的冷卻水能夠達(dá)到高速循環(huán)使用的效果，具有節(jié)能降耗的作用。

（二）變換冷卻裝置流程

來自碎煤加壓氣化的181℃、3.9MPa的粗煤氣，首先經(jīng)粗煤氣洗滌器洗滌氣體中的焦油、灰塵，溫度下降約4℃，再經(jīng)過分離器將粗煤氣中夾帶的少量液滴分離下來后氣體分為兩路，其中一路進(jìn)入變換爐進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)，變換反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，為避免觸媒超溫，可通過調(diào)節(jié)氣氣換熱器旁路來降溫。出變換爐的溫度為325℃、壓力3.7MPa的氣體通過氣氣換熱器、余熱回收器回收余熱，進(jìn)入混合器與出粗煤氣分離器的另一路氣體混合后，粗煤氣中一氧化碳含量在12.5%左右。

匯合后的氣體先后經(jīng)過鍋爐給水加熱器、脫鹽水預(yù)熱器、終冷器進(jìn)行三步冷卻，并在各冷卻器中用高壓噴射煤氣水洗滌氣體中的焦油、中油、酚及萘等雜質(zhì)。變換氣從換熱器的頂部進(jìn)入管程，由底部排出，換熱器底部收集冷凝液，溫度分別降至130℃、80℃、40℃，氣體最后進(jìn)入洗氨塔，在洗氨塔內(nèi)用酚水對(duì)氣體中的氨進(jìn)行洗滌，洗滌后的溫度為40℃、壓力為3.55 MPa 的氣體送至低溫甲醇洗。

（三）變換反應(yīng)原理

煤氣化制得的水煤氣在催化劑的作用下，CO和H2O在變換爐中反應(yīng)并放出大量的熱，變換反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

變換反應(yīng)為可逆、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(duì)化學(xué)平衡沒影響，但有利于提高反應(yīng)速度。降低反應(yīng)溫度和增加反應(yīng)物中水蒸氣量均有利于反應(yīng)向生成CO2和H2的方向進(jìn)行。

在要求變換氣中CO含量一定的情況下，降低反應(yīng)溫度是降低蒸汽用量的必要手段。在不能降低反應(yīng)溫度的條件下，片面追求降低一氧化碳濃度，將會(huì)造成極大的蒸汽消耗。

CO變換過程中，可能發(fā)生CO分解析出C和生成CH4等副反應(yīng)，副反應(yīng)不僅消耗原料氣中有效成分H2和CO，增加了無用成分CH4的含量，而且CO分解后析出的游離碳極容易附著在催化劑表面上，使催化劑的活性降低。這些副反應(yīng)均為體積減小的放熱反應(yīng)，因此提高溫度、降低壓力可抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。但在實(shí)際生產(chǎn)中所采用的工藝條件下，這些副反應(yīng)一般不容易發(fā)生。

二、變換冷卻裝置正常生產(chǎn)操作要點(diǎn)

（一）變換爐溫度的控制

溫度對(duì)變換反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速度影響很大，而且對(duì)正逆反應(yīng)速度的影響不同。溫度升高為放熱反應(yīng)即變換反應(yīng)速度增加的慢，逆反應(yīng)即吸熱反應(yīng)速度增加的快。同時(shí)，一氧化碳的變換率隨溫度的升高而降低。因此在操作上既要兼顧反應(yīng)速率，又要兼顧變換率。

變換爐入口溫度的控制是變換爐操作的關(guān)鍵。進(jìn)氣溫度根據(jù)催化劑的活性溫度、使用時(shí)間、使用情況來確定。正常操作中可通過調(diào)節(jié)氣氣換熱器旁路對(duì)入口溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在催化劑使用初期，進(jìn)口溫度應(yīng)控制的低些，通常控制高于露點(diǎn)溫度10-20℃為宜。隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，催化劑活性逐漸降低，可逐步提高變換爐進(jìn)口溫度，以適應(yīng)催化劑活性由高到低的變化。這樣不僅可以使CO反應(yīng)始終保持在一定的變換率，并且最大限度合理地使用了催化劑。

（二）變換爐壓差

變換爐壓差的高低直接影響氣化爐的控制壓力及負(fù)荷高低，制約著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。所以催化劑的裝填質(zhì)量是保持變換爐壓差正常的基本前提，但并不能持久解決變換爐壓差逐漸升高的問題。

首先在設(shè)計(jì)變換裝置時(shí)采用了預(yù)變換爐一開一備的模式，增加了不停車更換催化劑的可能性。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)預(yù)變換爐壓差高的現(xiàn)象。解決措施是將預(yù)變爐隔離，鏟除結(jié)皮或?qū)⒈Ｗo(hù)劑過篩并重新裝填。其次就是對(duì)日常操作人員操作精準(zhǔn)度提出較高的要求。

（三）模值調(diào)節(jié)

正常生產(chǎn)中影響模值因素有系統(tǒng)負(fù)荷、系統(tǒng)壓力、粗煤氣成分、變換催化劑活性、入爐氣量、低溫甲醇洗補(bǔ)碳閥開度、低溫甲醇洗出口凈化氣中CO2含量、博元公司返氣量及返氣氫碳比等，所以影響模值因素非常復(fù)雜。

1.正常工作狀態(tài)下，可以從變換出口獲得一氧化碳的含量，從而變換氣量調(diào)整作為模值調(diào)整的主要手段，低溫甲醇洗補(bǔ)碳作為輔助作用。在氣化爐工況穩(wěn)定的情況下，可以通過變換控制粗煤氣中一氧化碳的含量在合適范圍內(nèi)，作為模值總體穩(wěn)定的基礎(chǔ)。在低溫甲醇洗補(bǔ)碳的時(shí)候，要根據(jù)其密度表進(jìn)行對(duì)照，二氧化碳的含量一定要控制在合理的范圍內(nèi)。

2.適當(dāng)?shù)恼{(diào)整二氧化碳的含量。變換氣送出變換后，需要在15分鐘左右獲得其密度值。根據(jù)密度的變化可以推測(cè)模值的高低，按照時(shí)間差去調(diào)整低溫甲醇洗補(bǔ)碳的時(shí)間，一般在兩分鐘之內(nèi)完成。要根據(jù)二氧化碳含量變化和生產(chǎn)負(fù)荷確定補(bǔ)碳量。

3.在工作中還需要監(jiān)測(cè)返氣量，同時(shí)也要監(jiān)測(cè)返氣氫碳比，尤其是開停車的期間，返氣量波動(dòng)會(huì)比較大，所以變換裝置也會(huì)受到一定的影響，此時(shí)應(yīng)該及時(shí)調(diào)整返氣量。

4.在工作中，首先應(yīng)該注意時(shí)刻監(jiān)測(cè)合成甲烷原料氣中含有二氧化碳的量，如果突然出現(xiàn)大量的升高，應(yīng)該及時(shí)將低溫甲醇洗系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)調(diào)整進(jìn)入變換爐的氣量，在無法進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整氣化爐的汽氧比，或者是更換煤種。

（四）生產(chǎn)加、減負(fù)荷工藝控制

如果變換系統(tǒng)突然出現(xiàn)負(fù)荷增加或者是負(fù)荷降低的情況，需要嚴(yán)格控制其指標(biāo)。模值應(yīng)當(dāng)要保證在2.92-3.04之間的范圍內(nèi)，系統(tǒng)壓力也需要及時(shí)進(jìn)行控制，需要保持為3.2-3.8MPa。

（五）終冷器壓差高

粗煤氣進(jìn)入終冷器的設(shè)計(jì)溫度為70攝氏度，但是受到生產(chǎn)負(fù)荷和預(yù)冷器冷卻效果的影響，終冷器管程粗煤氣溫度會(huì)降低至45℃左右，此時(shí)粗煤氣中夾帶的銨鹽發(fā)生結(jié)晶的可能性增加，極易造成終冷器管束堵塞，操作人員應(yīng)密切監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的壓力指標(biāo)，在儀表指示正常的基礎(chǔ)上，觀察壓力變化，若出現(xiàn)壓差升高的情況，及時(shí)減小循環(huán)冷卻水的流量。確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語

變換及變換冷卻裝置工藝在實(shí)際操作中會(huì)建立風(fēng)險(xiǎn)防范，首先操作人員需要熟悉工藝設(shè)計(jì)，同時(shí)也要熟悉風(fēng)險(xiǎn)類型。針對(duì)于設(shè)計(jì)來講，要及時(shí)掌握風(fēng)險(xiǎn)隱患，對(duì)于設(shè)備要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)解決問題。化工工藝在操作過程中，要具備較強(qiáng)的安全性以及可靠性才可以展開工作。為了避免對(duì)企業(yè)以及人員帶來安全隱患，相關(guān)工作人員應(yīng)該定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，當(dāng)出現(xiàn)較大的安全隱患時(shí)，應(yīng)及時(shí)上報(bào)，根據(jù)上級(jí)指令來操作。

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