变换及变换冷却装置工艺运行控制及影响因素分析

李晓焕

摘要：本文主要分析变换及变换冷却装置的运行控制以及所带来的影响，初步介绍冷却装置以及变换冷却装置的概念，分析其供应流程以及操作运行方式。根据目前所发现的问题，以及所出现的影响因素及时制定解决措施。

关键词：变换冷却装置;工艺原理;影响因素;控制要点

引言

变换冷却工段的主要任务是将加压气化来的粗煤气中的一部分一氧化碳在耐硫催化剂作用下变换为氢气，以满足甲烷合成对原料气H2/CO控制在2.92-3.04的范围内，确保生成合格产品气。同时回收变换反应热，并将本工段产生的含油煤气水送至煤气水分离装置进行下一步处理。

一、变换冷却装置流程及原理

（一）冷却装置

冷却装置主要利用水源为主要的降温介质对粗煤气进行冷却，靠水的温升带走冷凝热量。主要的运行特点是热介质由筒体上的接管进入，顺序流经各折流管道，曲折的流至出口接管。而源源不断的冷却水由进水口进入，吸收热介质放出的余热由出水口排出。在运行的过程中，流动的水源能够将热量有效的分散，当水源的温度降低到一定的水平后，此时的冷却水能够达到高速循环使用的效果，具有节能降耗的作用。

（二）变换冷却装置流程

来自碎煤加压气化的181℃、3.9MPa的粗煤气，首先经粗煤气洗涤器洗涤气体中的焦油、灰尘，温度下降约4℃，再经过分离器将粗煤气中夹带的少量液滴分离下来后气体分为两路，其中一路进入变换炉进行一氧化碳变换反应，变换反应为强放热反应，为避免触媒超温，可通过调节气气换热器旁路来降温。出变换炉的温度为325℃、压力3.7MPa的气体通过气气换热器、余热回收器回收余热，进入混合器与出粗煤气分离器的另一路气体混合后，粗煤气中一氧化碳含量在12.5%左右。

汇合后的气体先后经过锅炉给水加热器、脱盐水预热器、终冷器进行三步冷却，并在各冷却器中用高压喷射煤气水洗涤气体中的焦油、中油、酚及萘等杂质。变换气从换热器的顶部进入管程，由底部排出，换热器底部收集冷凝液，温度分别降至130℃、80℃、40℃，气体最后进入洗氨塔，在洗氨塔内用酚水对气体中的氨进行洗涤，洗涤后的温度为40℃、压力为3.55 MPa 的气体送至低温甲醇洗。

（三）变换反应原理

煤气化制得的水煤气在催化剂的作用下，CO和H2O在变换炉中反应并放出大量的热，变换反应的化学方程式如下：

变换反应为可逆、放热、等体积的化学反应，从化学反应平衡角度来讲，提高压力对化学平衡没影响，但有利于提高反应速度。降低反应温度和增加反应物中水蒸气量均有利于反应向生成CO2和H2的方向进行。

在要求变换气中CO含量一定的情况下，降低反应温度是降低蒸汽用量的必要手段。在不能降低反应温度的条件下，片面追求降低一氧化碳浓度，将会造成极大的蒸汽消耗。

CO变换过程中，可能发生CO分解析出C和生成CH4等副反应，副反应不仅消耗原料气中有效成分H2和CO，增加了无用成分CH4的含量，而且CO分解后析出的游离碳极容易附着在催化剂表面上，使催化剂的活性降低。这些副反应均为体积减小的放热反应，因此提高温度、降低压力可抑制副反应的进行。但在实际生产中所采用的工艺条件下，这些副反应一般不容易发生。

二、变换冷却装置正常生产操作要点

（一）变换炉温度的控制

温度对变换反应的化学反应速度影响很大，而且对正逆反应速度的影响不同。温度升高为放热反应即变换反应速度增加的慢，逆反应即吸热反应速度增加的快。同时，一氧化碳的变换率随温度的升高而降低。因此在操作上既要兼顾反应速率，又要兼顾变换率。

变换炉入口温度的控制是变换炉操作的关键。进气温度根据催化剂的活性温度、使用时间、使用情况来确定。正常操作中可通过调节气气换热器旁路对入口温度进行调节。在催化剂使用初期，进口温度应控制的低些，通常控制高于露点温度10-20℃为宜。随着使用时间的增长，催化剂活性逐渐降低，可逐步提高变换炉进口温度，以适应催化剂活性由高到低的变化。这样不仅可以使CO反应始终保持在一定的变换率，并且最大限度合理地使用了催化剂。

（二）变换炉压差

变换炉压差的高低直接影响气化炉的控制压力及负荷高低，制约着整个系统的稳定运行。所以催化剂的装填质量是保持变换炉压差正常的基本前提，但并不能持久解决变换炉压差逐渐升高的问题。

首先在设计变换装置时采用了预变换炉一开一备的模式，增加了不停车更换催化剂的可能性。经过长时间对生产数据观察，发现经常出现预变换炉压差高的现象。解决措施是将预变炉隔离，铲除结皮或将保护剂过筛并重新装填。其次就是对日常操作人员操作精准度提出较高的要求。

（三）模值调节

正常生产中影响模值因素有系统负荷、系统压力、粗煤气成分、变换催化剂活性、入炉气量、低温甲醇洗补碳阀开度、低温甲醇洗出口净化气中CO2含量、博元公司返气量及返气氢碳比等，所以影响模值因素非常复杂。

1.正常工作状态下，可以从变换出口获得一氧化碳的含量，从而变换气量调整作为模值调整的主要手段，低温甲醇洗补碳作为辅助作用。在气化炉工况稳定的情况下，可以通过变换控制粗煤气中一氧化碳的含量在合适范围内，作为模值总体稳定的基础。在低温甲醇洗补碳的时候，要根据其密度表进行对照，二氧化碳的含量一定要控制在合理的范围内。

2.适当的调整二氧化碳的含量。变换气送出变换后，需要在15分钟左右获得其密度值。根据密度的变化可以推测模值的高低，按照时间差去调整低温甲醇洗补碳的时间，一般在两分钟之内完成。要根据二氧化碳含量变化和生产负荷确定补碳量。

3.在工作中还需要监测返气量，同时也要监测返气氢碳比，尤其是开停车的期间，返氣量波动会比较大，所以变换装置也会受到一定的影响，此时应该及时调整返气量。

4.在工作中，首先应该注意时刻监测合成甲烷原料气中含有二氧化碳的量，如果突然出现大量的升高，应该及时将低温甲醇洗系统进行调整。同时调整进入变换炉的气量，在无法进行调节时，应该及时调整气化炉的汽氧比，或者是更换煤种。

（四）生产加、减负荷工艺控制

如果变换系统突然出现负荷增加或者是负荷降低的情况，需要严格控制其指标。模值应当要保证在2.92-3.04之间的范围内，系统压力也需要及时进行控制，需要保持为3.2-3.8MPa。

（五）终冷器压差高

粗煤气进入终冷器的设计温度为70摄氏度，但是受到生产负荷和预冷器冷却效果的影响，终冷器管程粗煤气温度会降低至45℃左右，此时粗煤气中夹带的铵盐发生结晶的可能性增加，极易造成终冷器管束堵塞，操作人员应密切监测对应的压力指标，在仪表指示正常的基础上，观察压力变化，若出现压差升高的情况，及时减小循环冷却水的流量。确保系统稳定运行。

结语

变换及变换冷却装置工艺在实际操作中会建立风险防范，首先操作人员需要熟悉工艺设计，同时也要熟悉风险类型。针对于设计来讲，要及时掌握风险隐患，对于设备要及时进行检测，发现问题要及时解决问题。化工工艺在操作过程中，要具备较强的安全性以及可靠性才可以展开工作。为了避免对企业以及人员带来安全隐患，相关工作人员应该定期对设备进行检修，当出现较大的安全隐患时，应及时上报，根据上级指令来操作。

参考文献：

[1]刘亮.控制化工工艺设计风险研究化工设计通讯，2018.44（06）：94.

[2]陈培诚.化工工艺设计风险的防范措施分析J.化工管理，2018（14）：201.

[3]石东煜.化工工艺设计风险防范措施研究[]·化工设计通讯：2019，43（10）：151+