CO等温变换工艺技术应用及问题策略分析

马杰 缪传耀(汇智工程科技股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000)

0 引言

CO等温变换工艺技术虽然经一段时间的发展已经得取得了一定成功，并且在具体应用期间，也取得了不错的应用效果，但是，从实际情况来看，该项技术应用仍然存在一定问题，因此，要想使其作用能够得到合理发挥，必须要从不同角度入手，做好相应分析工作。

1 CO等温变换工艺技术应用的优势

CO等温变换工艺技术在应用时与传统绝热变换相比，其应用过程中的优势主要体现在以下几个方面：

(1)通过对等温变换的应用能够及将经过化学反应产生的各项热量移走，从而确保催化剂床层能够在一个温度相对较低环境下开展，这在一定程度上能够使CO变换反应率得到进一步提升，进而保证后续作业过程中，不会出现超温、操作不稳定，以及各种风险的出现[1]。因为CO变换反应会释放出一定的热量，而且该反应速度较快，而且十分剧烈，尤其是在进行高浓度CO转化时，如果受外界因素限制，导致因为化学反应而产生的热量无法被快速移走，这将会导致炉内温度不断升高，从过去经验来看，若采用的CO转换率提升1%，炉内环境温度则会升高8℃左右，这不仅会降低平衡变化率降低，而还在完成放热后，会形成高温，这将会导致生产作业开展过程中采用的催化剂出现老化情况，并且伴随着的一系列的不良反应，同时，也对设备采用的材质耐温性、性能都提出更高要求，这些问题的出现都会对CO变换反应顺利进造成不良影响，而保持变换炉内温度处于一个相对恒定状态，能够使上述各项问题都能够得到解决，进而确保后续各项生产作业的顺利开展[2]。

(2)等温变换工艺的应用，能够使CO转换率变得科调节和可控。在实际生产期间，要做好控制工作，要将变换反应既要确保变换气中CO含量始终都被控制在符合要求范围内。等温变换工艺中，因为进行化学反应，反应区域内温度保持恒定，而CO变换反应是可逆的，通过控制水蒸气量完成对CO转换率的调节，从而满足在不同工况下的具体生产需求。而传统绝热变化中，在发生化学反应时，温度将会不断升高，温度的变化会导致化学反应平衡常熟发生改变，而且由于反应十分剧烈，因此，单纯的通过对蒸汽进行调节，难以完成对CO转化率的精准控制[3]。

(3)等温变换不仅可以让反应炉内温度始终都保持恒定，而且采取“水移热”技术，而已生成大量蒸汽，这些蒸汽可以被循环利用，作为反应原料气，在一些特殊工况下，能够实现蒸汽“零消耗”[4]。而传统热反应中，需要加入大量蒸汽，将其作为反应开展的原料，同时，为了确保具体反应作业开展期间的稳定性，要在考虑生产环境基础上，适当补充一定量冷激水或者蒸汽，进而达到降低反应炉内温度的目的，这也就会造成多次重复消耗蒸汽，由此可见，等温变换技术在具体应用过程中具有减少蒸汽消耗量的优势[5]。

2 CO等温变化工艺应用问题及对策

某工业园区合成氨项目建设初期采用航天粉煤气化炉、四段绝热CO变换工艺，而且开展了土地施工。而CO等温变换工艺随着科技的不断发展，该项技术变得更加成熟，而且该项工艺在具体应用时，CO等温变换工艺变更加成熟，该项工艺在具体应用期间与传统的绝热变换工艺相比，前者优势十分明显[6]。因此，在原有绝热变换基础上，进行了适当修改，在进行实际修改过程中，要尽量对原绝热变换工艺应用过程中采用的设备、工艺、土建等各项基础设施进行应用，进而转变为等温变换工艺。

2.1 设计方面遇到的问题及解决对策

(1)将在线监测氧含量设备设置在等温变换装置入气口处，通过对该装置进行应用，完成对进入到气口氧气具体含量情况的检测。气化工艺采取的为粉煤纯氧气化工艺，在实际生产作业开展期间，为了避免生产期间，由于操作人员操作不当出现故障，导致煤气中氧含量超标，而损坏催化剂，通过采用在线检测技术，能够精准度完成对含氧量情况的检测[7]。

(2)针对净化炉层要设置超温报警装置。净化炉是利用原绝热变化炉为基础改造而成的，其在具体应用过程中起到的关键作用就是对粗煤气进行净化，进而达到脱毒目的，同时，将5.5m3催化剂转入到净化炉底部，用于变化反应，确保等温变换炉入口煤气温度与露点温度相比更高，而通过对加热报警装置的应用，能够达到提前警示作用。

(3)在净化炉入口前增加一个氮气管道，由于有5m3的催化剂被装入到了净化炉底部，这一部分催化剂可以被用作变换反应，因此，能够有效避免接气初期，由于流速过低，进而出现高温情况，确保了整个生产作业的顺利开展[8]。

(4)将一个中压锅炉积水管管线合理加设在冷凝液缓冲罐上。进行投料开车起初阶段，系统在运行过程中并不会形成冷凝液，而加设的中压锅炉给水管，可以保证冷凝管中系统水充足，这将会导致冷凝液预热器和冷凝液加热器在应用期间，发生烧干现象。

(5)针对主物料管道低于的露点温度，采用的管道材质为304L，如果主物料管道的温度超高于露点温度，采用的管道材质应当为15CrMo。

2.2 设备方面的问题及解决措施

(1)这对生产设备中的部分大口径管道密封垫进行了更改，在具体更改时主要值利用“椭圆点”取代“八角垫”。通过对采用的工艺管线情况进行分析可以发现，主要工艺气管线法兰在实际密封期间采用“八角垫”刚性密封，其中最大孔径为DN800。但是，因为“八角垫”在具体加工过程中，其在具体质量上会存在一定缺点，同时，在实际生产期间，会受到热胀冷缩问题影响，这也就加大了消除密封面缝隙的困难性。

(2)采用的等温变换炉体积较大，而且其内部结构十分复杂，为了确保其安装质量能够达到相应要求标准，针对实际采用的壳体、内件等各项分体都要运输到作业现场，由工作人员在现场对其进行安装，完成安装后，要利用水压试验对安装的等温变换炉质量和性能进行检查。对于等温变换炉内的换热管采取悬挂式双套管，该管口需要开在上部管内，而对于下部，则应当采取密封方式对其进行处理。水压实验完成后，水将会充满双套水管换热管，并且难以完成对水体的排放。由于安装作业时在1月份，温度相对较低，因此，确保各项设备都具有良好性能，以及设备运行期间的安全性，采用催化剂升温硫化措施，实现保温，实现对等温变化炉的保护，温度上限为85℃，而下限则为20℃，为了保证温度合理性，约每隔12d启动一次电加热，通过电加热方式，完成相应加热处理。

(3)处理等温炉内漏问题。等温变换装置投料试车应用100d后，合成氨系统依据计划而成，对投料车在具体运行过程中的各项缺陷内容进行消除。停车后，作业人员可以发现等温变化炉上部汽包液位会发生异常快速下降，利用测试可以判断造成该情况的原因时等温变换炉内部水管经过一段时间应用，其遭受到了破坏，因此，发生了泄露现象，而且这一泄露较为严重，对等温炉应用造成严重影响，导致其无法正常升温，针对这一问题，相关工作人员决定对拆割等温变换炉，对其进行维修，使其性能能够得到恢复，满足应用需求。

生产装置中采用的等温变换炉整体直径达到了4500mm，在设计初期阶段，设计人员考虑变换炉的制造过程中采用的技术难度和成本，针对整个等温变换炉采取焊接方式处理，并未采取法兰式封闭。因此，在对其进行检修时，检修人员将炉体上部封头焊缝切开，将等温变换炉开启，对该护臂厚度进行检测，可以发现厚度约100mm，开启炉体后，可以发现等温变换炉内部换热器管板与上部降水管两者连接位置处存在裂痕，初步判断，该裂痕就是引起渗漏问题的原因。为了确定催化剂换热管处是否发生了泄露，作业人员要切开上管板，采取打压注水方式，完成相应判断，经过检验，最终确定只有上管板焊缝与降水管两者连接处存在漏水问题。因此，为了避免由于热应力原因，导致降水管焊部位在后期应用期间再出现裂纹，而防止管漏水问题，应当在对炉内降水管进行全面分析，适当增加膨胀节，进而达到消除渗漏的目的。

3 结语

近几年，我国煤化工业得到了快速发展，生产装置能力不断朝着大型化方向发展，这也就为等温变化工艺发展提供了良好空间，而且，等温变换工艺在高CO浓度气化煤气和高水比中能够稳定、安全运行，从具体应用情况来看，也取得了不错应用效果，因此，其是一种值得推广的一项先进技术。在对等温变换工艺进行应用期间，要利用其具体生产作业开展的便利性，全面分析大型化设备制造，各个连接部位的具体密封程度，以及检修设备时带来的影响和不足，进而确保等温煤化工中应用的稳定性、安全性。