对一氧化碳加压变换系统的探究

王艳军 常城(陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，陕西 榆林 719319)

对一氧化碳加压变换系统的探究

王艳军 常城(陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，陕西 榆林 719319)

影响一氧化碳变换反应的因素包括压力、温度、汽比、和空间速度，而其中加压变换反应对于提高反应速度和生产能力的作用具有不可替代性，正因为其优势十分明显，因此探究一氧化碳加压变换系统工艺是煤化企业重要的研究课题之一。本文从一氧化碳变换系统的概念和应用谈起，接着对一氧化碳变换的现状及发展趋势进行了阐述，最后重点探究加压变换反应中三种不同工艺的特点。

一氧化碳；加压；变换反应；变换系统

一氧化碳变换系统在煤化企业的运用较为广泛，基于其对原料气的净化和制造的双重作用机理，因此其重要性不言而喻。影响一氧化碳变换反应的因素包括压力、温度、汽比、和空间速度等，本文的主要研究对象就是对一氧化碳加压变换系统进行研究。因此需要了解一氧化碳变换的化学反应方程式，即：CO+H2O=CO2+H2。而一氧化碳变换反应从压力的角度可以区分为两种，一种是常压形式，另外一种是加压形式。后者相对于前者在提高一氧化碳反应速度和生产能力的方面具有不可替代的作用。同时还可以实现节能减排并降低企业成本的目标，目前大多数煤化企业在一氧化碳变换反应中较多地采用加压系统的设备装置。

1 对一氧化碳变换系统的简要概述

首先，煤化企业在生产氨或甲醇的过程中，一氧化碳变换系统是其中重要的环节。一方面，原料气中含有大量的一氧化碳，不仅会影响化工产品的生产，而且对催化剂有干扰影响。另一方面合成氨或甲醇产品所需原料气体是氢气，而通过一氧化碳变换反应就会得到相应的氢气原料。因此一氧化碳变换系统既实现了对一氧化碳的净化处理，同时又得到了产品生产制造所需的氢气。其次，根据摩尔反应可知，要想实现对一氧化碳的转换，必须要有足够的水蒸气作为变换反应的保障，基于此，一氧化碳变换系统在确保转换效率的基础上，要最大限度地减少对水蒸气的消耗。

2 对煤化企业一氧化碳变换系统现状及发展趋势的分析

目前新型煤化企业对一氧化碳变换系统的应用多采取加压变换方式，以确保反应效率的提升，同时降低生产成本，其中催化剂的选取方向以高活性为主。而常压方式一般在年代久远的老化工厂中所使用，因为传统常压下一氧化碳变换反应在自然状态下，其反应速度很慢，无法完成生产需求，而采用的催化剂需要较高的温度，从而会增加水蒸气的消耗，因此常压工艺逐渐被淘汰更新。基于一氧化碳变换反应的放热性，这就对反应温度的控制提出了要求，因此，尽量降低反应温度，才能有利于实现节能减排的目标。近年来，随着具有低温活性催化剂的研发成功，煤化企业一氧化碳变换工艺的节能进展又取得了新突破。此外，在加压变换系统工艺的改进和优化中，又陆续出现了中串低、中低低和全低温工艺。随着变换工艺的逐渐完善，节能效果也随之提高。目前全低温加压变换工艺逐渐被认同和采用，极大地提高了反应速度和生产能力，此外还有效降低了蒸汽消耗和企业投资成本，同时也节约了触媒用量。

3 对一氧化碳加压变换系统中三种不同工艺特点的探究

3.1 中串低工艺的特点

该工艺的特点为：可降低原料中一氧化碳的含量，并减轻设备在处理加工中的负荷，对于原料气的利用效果也有明显的提升。另外，串联低变炉的使用，使得操作更加便捷，管理也相对容易。而另一种串联是将中变炉与主热交换器位置互移，该方法虽然可以省去一个低变炉，对于后期成本的控制具有长远效应，但是却涉及改造的实施与投入，因此要与企业实际情况和未来规划相匹配结合。

3.2 中低低工艺的特点

该工艺的特点为：首先，与中串低工艺对于，可以减少催化剂的使用，但是一旦发生设备泄露情况，必须要考虑催化剂的中毒问题，否则将会对接下来的反应流程造成巨大影响。因此对催化剂的抗毒性要求进一步提高。其次，需要催化剂具有很高的活性能力，同时对于水蒸气的消耗有两种选择，当然为了节约生产成本，可以做到不使用外加蒸汽。此外，该工艺中铁系添加剂的使用还可以起到改善反应条件的作用，其价格较低且方便管理。在中低低工艺中，对于二氧化硫的抑制较强，因此实现了对原料气的净化处理，并减少了硫类物质对设备的腐蚀侵害，这样不仅提高了生产的安全性，并有效提升了设备的使用周期和寿命。最后，中低低工艺进一步加强了热量的回收，并优化了热水循环，可以确保变换气温在50℃以下的处理反应。基于此，该工艺比较适用于老厂改建或扩建的情况，具有成本低和效果好的优势。

3.3 全低变工艺的特点

以上两种工艺都不同程度地存在催化剂粉尘致使变炉失去活性的现象发生，而且这种情况也不可避免。因此，全低变工艺能够在温度更加低的环境下，改善变炉失活不良现象的发生和粉化问题，一般能够延长催化剂的使用至5年之久。而节能效果和反应效率在同等条件下，全低变工艺都展现出其强大的优势和能力。一方面，该工艺能够降低床层阻力，进而增强了加工设备的能力，同时床层温度和气体体积的减少，进一步降低了压缩能耗。另一方面，全低变工艺设备相对不占空间，而且操作也容易上手，利于对热量的回收，而且可以有效抑制乙炔的产生。最后，对于主热交换器和饱和水塔的热值及负荷均有不同程度的降低，因此对于换热区间可以确保其最小化，从而降低了水蒸气的投入。此外，对于有机硫的处理转换能力进一步提升，最高可提高5%的硫转化率。

总之，随着我国煤化企业生产加工能力的不断提升，这就对一氧化碳加压变换系统的完善和创新提出了更高要求。通过对三种不同的加压变换工艺的特点对比，不难看出，全低变工艺是目前加压处理中较为先进与合理的技术。

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