“中低低”变换和“准零汽耗”技术.doc

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1、“中低低”变换和“准零汽耗”技术0 前言   20世纪80年代末以来，随着钴钼系耐硫变换催化剂的开发与推广，我国以煤为原料的合成氨行业的变换及“变换-铜洗-合成热网络技术”的开发工作异常活跃，成绩裴然。中串低技术的采用使变换工段吨氨汽耗降到了600～700kg，使第二换热网络的蒸汽自给成为可能，全低变和中低低变换技术的成功实施及热回收设备的优化更使变换汽耗降低到了300kg以下，从而实现二网络蒸汽自给有余，蒸汽可外供。而中低低技术与JR型合成塔内件的一进一出配合，则实现了变换工段的“准零消耗”，从而使合成废锅所产蒸汽全部外供。使“变换—合成”的综合能耗水平达到了一个新的高度，进一步提

2、高了以煤为原料的合成氨技术的竞争力。1 变换蒸汽消耗的分析   通过对变换系统的热平衡分析可知，在没有(或不考虑)热损失的条件下，半水煤气中的CO和少量O2在变换反应过程中放出的反应热，如用于蒸发水，所得到的蒸汽用来供变换反应，不仅能满足要求，一般还略有富裕。   在变换炉中CO和O2要与H2O(g)和H2进行下列反应：   CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) +Q1   O2(g)+2H2(g)=2H2O(g) +Q2   当反应温度为25℃时，Q1、Q2分别为41.194kJ／mol和483.986kJ／mol。而25℃水的汽化潜热为2441.7kJ／kg。如有1

3、kmolCO进行变换反应的反应热用于蒸发水，可得到的水蒸汽量为：   41194／2441.7=16.87(kg)   而1kmolCO反应需要18kg水蒸汽。显然如利用反应热汽化水得到的蒸汽用于反应还少：   18－16.871=1.129(kg／kmolCO)   目前以固定床制气得到的半水煤气中，一般含有0.3％左右的O2，控制工艺指标为O2≤0.5％。这部分O2在变换炉中与H2的反应可以认为是不可逆的。如将其反应热亦用于生产蒸汽以补充变换反应蒸汽自给的不足，则可计算出半水煤气中O2的最低含量。以半水煤气中的CO含量为30％的情况为例，半水煤气中的最低O2含量为：      可

4、见对于含有30％CO的半水煤气在变换系统中进行反应，如果没有热损失，只要半水煤气中的O2含量≥0.17089％，理论上该系统只需补充水，而无须消耗蒸汽，即在零汽耗的情况下就可能完成变换反应。   在实际生产中，尽管半水煤气中的氧含量一般都要≥0.17089％，但到目前为止，尚未看到以煤为原料的变换系统做到“零汽耗”报道，这显然是由于实际生产系统存在热损失，而且其热损失的量又超过了“多余”氧反应所能提供的热量之故。变换系统添加蒸汽量的多少实际上也反映该系统熟损失的大小。尽管目前实际生产中尚未实现“零汽耗”，但这一概念提供了一个努力的目标和方向。通过进一步分析还可探讨为接近或实现变换系统

5、“零汽耗”的有效措施和途径。因此变换系统“零汽耗”的概念，既具有一定的理论价值，也有较大的现实意义。   变换系统由于散热、排污损失，以及离开变换系统的变换气带走的热量损失不同，而且饱和热水塔补充水的温度也不同，所以不同系统的汽耗也不相同，各项热损失中，散热和排污等热损失以及补充水所带入的热量不论是绝对值或变化幅度均比较小，影响也比较小，系统的蒸汽补充量，主要取决于变换气带走的热量。对于采用饱和热水塔的变换系统主要取决于出热水塔变换气带走的热量。   热水塔出口变换气一般处于饱和状态，其蒸汽的分压、随变换气带走的热量以及相应的变换系统蒸汽消耗量均要随出热水塔变换气的温度升高而急剧升高

6、。现有某一定组成、压力为0.8MPa(表)热水塔出口变换气，吨氨随其带出热量与温度的关系如表1数据所示。   由表1数据可见，当出热水塔变换气温度分别为50℃、70℃、90℃和110℃时，吨氨随变换气带走热量折蒸汽分别为155.0kg、275.2kg、498.5kg和934.6kg，变换气温度每升高20℃，带走的热量要增加80％左右，可见其热损失随温度升高而增加极快，因此，降低变换系统汽耗的最有效的措施就是加强变换气中的余热(包括显热和潜热)的回收，降低热水塔出口变换气的温度。2 “中低低”变换工艺的开发   如前所述，CO变换反应是一个可逆的放热反应，在变换炉中随着反应的进行，煤气

7、中的CO浓度逐渐降低，与其对应的平衡温度也相应降低。早期的变换反应全部为中温变换，催化剂为铁系，由于铁系催化剂的活性温度较高，致使在反应后期反应温度不能随CO含量逐渐减少而不能降得太低，离最佳反应温度较远，这就导致变换炉二、三段的反应推动力(反映在“平衡温距”上)急剧下降。为了达到工艺要求的变换率和维持一定的反应速率，只能提高反应的汽气比，即靠增加反应物中水蒸气的浓度增加推动力。全中变时，汽气比一般维持在1.1～1.3，即使如此，二、三段的催化床内的反应速