煤气变换装置运行与维护

变换指在催化剂的作用下,让煤气中的CO和H2O反应,生成CO2和H2的过程。工业生产上完成变换反应的反应器称为变换炉,进炉的气体为煤气和水蒸气,出炉的气体为变换气。通过变换,在制氢、合成氨的生产中,可把CO转变成容易脱除的CO2,从而实现了CO的脱除,同时制得了等体积的H2,在合成甲醇、合成油及生产城市煤气的过程中,可实现调节煤气中H2和CO的比例,满足生产过程的需要。

通常以制氢、脱除CO为目的的变换过程,要实现全部的CO转变为H2,称为完全变换,而调节H2和CO比例的变换只是将部分的CO转变为H2,称为部分变换。在生产过程中,两者除操作条件有些区别外,生产原理、生产设备无大区别。

一、变换反应的反应原理

1.变换反应的化学方程式

CO+H2O →CO2+H2+41．2k J/mol

变换是一个可逆、放热、等体积的化学反应,从化学反应平衡角度来讲,一氧化碳与水蒸气的变换反应在开始时,由于一氧化碳及水蒸气浓度大,正反应速度最大,随着反应的进行,一氧化碳及水蒸气浓度逐渐减少,正反应速度也逐渐减慢,同时在生成二氧化碳和氢的一瞬间,逆反应也就开始了,起始逆反应速度很慢,随着反应的进行,生成物的CO2和H2浓度逐渐增加。 经过一段时间后,正反应速度和逆反应速度相等,反应处于平衡状态,这时称之为化学平衡。 在一定反应条件下,达到平衡状态的反应混合物浓度是不变的。 如果反应达到平衡状态以后反应条件有了改变,反应混合物的组成也就随着改变,而达到新的平衡,这叫作化学平衡移动。

2.变换反应的平衡常数

平衡常数Kp表示反应达到平衡时,生成物与反应物之间的数量关系,因此,它是化学反应进行完全程度的衡量标志。 变换反应一般在压力不高的条件下进行。 经计算,平衡常数用分压表示就足够准确了,所以其平衡常数可表示为

 

式中 ——平衡状态下各组分的分压;——平衡状态下各组分的摩尔分数。

由于变换反应是放热反应,降低温度有利于平衡向右移动,因此平衡常数随温度的降低而增大。 不同温度下变换反应的平衡常数见表5．4．1。

表5．4．1 不同温度下一氧化碳变换反应的平衡常数值

 

3.变换反应的变换率

反应的程度通过变换率来表示。 定义为已变换的一氧化碳量与变换前的一氧化碳量的百分比率,若反应前气体中有amol一氧化碳,变换后气体中剩下bmol一氧化碳,则变换率E为:

 

反应到达化学平衡时的变换率叫做平衡变化率,用E∗表示。

二、变换反应的操作条件

欲使变换过程在最佳工艺条件下进行,达到高产、优质和低耗的目的,就必须分析各工艺条件对反应的影响,综合选择最佳条件。

1.压力

变换反应是等分子反应,故压力对平衡状态没有影响。 但从动力学考虑,提高压力可使反应速度加快,生产能力增加。 实践证明,压力从常压升至2．0MPa,变换效率迅速提高,但超过此值以后再增加压力变换效率提高的不明显了。 由于变换反应是气体体积增加的反应,所以从能量消耗上看,增加压力是有利的,在实际操作中,由于气化压力远高于2．0MPa,所以变换压力是由前系统气化压力决定的。 完全可以满足变换压力的要求。

2.温度

温度是CO变换最重要的工艺条件,由于CO变换为放热反应,随着CO变换反应的进行,温度不断升高。 温度开始升高时,反应速度的影响大于化学平衡的影响,故对反应有利。再继续增加温度,二者的影响相互抵消,当温度超过一定值时,化学平衡的影响大于反应速度的影响,此时CO变换率会随温度的升高而下降。 对一定类型的催化剂和气体组成而言,必将出现最大的反应速度值,与其对应的温度称为最佳反应温度。

在确定操作温度时还要考虑催化剂的最高和最低允许温度。 最低允许温度是指能使反应快速进行而又能保证CO变换率的温度,称为燃起温度。 变换炉进口温度是考虑运转末

期催化剂的活性而定的,通常比燃起温度高30~50℃。 所以在运转初期,进口温度应尽可能接近最低允许温度。 最高允许温度的选择必须考虑催化剂的活性温度范围。

随着使用时间的延长,由于催化剂中毒、老化等原因,催化剂活性降低,操作温度应适当提高。

从表5．4．2中可以看出,反应热随温度升高而降低,也就是反应温度越高,反应放出的热越少,因此,很好地控制反应温度,利用反应热来维持反应系统平衡具有很重要的意义。在工业生产中,一旦升温硫化结束,转入正常生产后,即可利用其反应热维持生产过程的连续进行。

表5．4．2 变换反应的反应热

 

3.汽气比

汽气比是指H2O/CO,或水蒸气/干原料气的比值。

在压力、温度和空速一定时,增加汽气比,有利于提高变换率,但当增加到一定值以后,实际变换率反而下降了,这是因为增加蒸汽量以后,气体与催化剂的接触时间减少所引起的。

汽气比改变时,应注意防止蒸汽在变换炉内冷凝,气体中如含有水蒸气,当温度降低到蒸汽分压等于该温度下的饱和水蒸气压力时,就会出现冷凝,此时温度即为“露点”。 压力越高,或汽气比越大,则露点越高。 在生产中实际操作温度应至少高出露点20℃。

过量的水蒸气还起到热载体的作用,所以改变水蒸气的用量是调节床层温度的有效手段。 但过高的汽气比会带来以下缺点:增加蒸汽消耗;增加系统阻力;降低生产能力;变换炉内反应温度无法维持;减少反应时间;降低变换率。

表5．4．3 不同温度及水蒸气比例下,干变换气中CO平衡含量

 

续表

 

在实际生产中必须选取一个适宜的汽气比,它决定于以下3个因素。

①催化剂的性能,在相同的变换率下,性能好的催化剂所需蒸汽量比性能差的要少。

②在温度、压力、空速一定的条件下,当系统受平衡控制时,特别在较低温度下,加大汽气比不会提高变换率,甚至会因接触时间的减少而使出口CO含量增加。

③为了取得相同的出口平衡CO浓度,温度越高,所需的汽气比越大。 经验表明,最适宜的汽气比,以H2O/CO计为3~4。表5．4．3反映了不同温度及水蒸气比例下,干变换气中CO平衡含量。

4.空速

空速是指单位时间通过单位体积催化剂的气体量。 空速过大,则气体和催化剂的接触时间短,CO来不及反应就离开了催化剂层,变换率低;过小,则通过催化剂层的气量小,降低生产强度,形成浪费。 一般在催化剂活性好时,反应速度快,可以采用较大的空速,充分发挥设备的生产能力。 在生产后期,催化剂活性较差时,适当降低空速,以保证出口CO的含量。

5.CO2的影响

在变换反应过程中,如果能将生成的CO2除去,就可以使变换反应向右移动,提高CO的变换率。中型合成氨厂除去CO2的方法是将CO变换到一定程度后,送往脱碳工序除去气体中的CO2,然后再进行第二次变换。

6.副反应的影响

CO变换过程中,可能发生CO分解析出C和生成CH4等副反应,其反应式如下:

2CO →C+CO2+Q

CO+H2→C+H2O

CO+3H2→CH4+CO2+Q

2CO+2H2→CH4+CO2+Q

CO2+4H2→CH4+2H2O+Q

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。 以上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。

三、一氧化碳变换催化剂

1.变换催化剂的选择与分类

一氧化碳的变换反应,在通常状况下进行的速度非常慢,远远不能满足工业生产的要求,经过长期试验研究,发现加入催化剂可以大大加快这个反应的速度。 催化剂能加快反应速度,对于可逆反应来说,加速正反应的同时,也加速逆反应,并且对于正反应和逆反应速度的加快是相同倍数的。 因此催化剂只能使反应较快地到达平衡,而不能改变平衡位置。

对于变换工艺生产来说,必须在一定的通气量下,保证变换气体中的残余一氧化碳低于一定值。 因此,催化剂必须符合下述几个条件:

①活性好,在较低或中等温度下,就能促进反应的加速进行。

②寿命长,经久耐用,为达到长寿的目的,催化剂要具有足够的机械强度,以免在使用中破碎。

③耐热和抗毒性强,在一定的温度范围内,不致因温度的升高或波动而损坏催化剂,还要有足够的抗毒能力。

④选择性能好,就是能抑制副反应的发生。

⑤原料容易获得,成本低,制造简单。

变换催化剂按组成分为铁铬系、铜锌系和钴钼系3类。 铁铬系催化剂机械强度好、能耐少量硫化物、耐热性能好、寿命长、成本较低,但由于活性温度高,变换效果差等原因,使用越来越少;铜锌系催化剂用于中温变换串低温变换的流程,虽然低温活性很好,但由于活性温区窄,极易中毒等原因,使用受到限制;钴钼催化剂的突出特点是活性温度范围宽,具有良好的抗硫性能,适用于含硫化物较高的煤气,可实现“先变换,后一次性脱硫脱碳”的工艺,因此,现代煤化工项目都倾向于使用钴钼系催化剂。

2.钴钼系变换催化剂的组成

钴钼系耐硫变换催化剂的种类很多,主要含有氧化钴和氧化钼,载体以Al2O3和Mg O为最好。Mg O载体的优点在于H2S浓度波动对催化剂的活性影响较小,有的催化剂还加入碱金属氧化物来降低变换反应温度。 钴钼系耐硫变换催化剂能耐浓度很高的硫化氢,而且强度好。 这样原料气中的硫化氢和变换气中的二氧化碳脱除过程可以一并考虑,以节约蒸汽和简化流程。

3.钴钼系变换催化剂的硫化

(1)硫化原理

钴钼催化剂中真正的活性组分是Co S和Mo S2,因此必须经过硫化才具有变换活性。硫化的目的还在于防止钴钼氧化物被还原成金属态,而金属态的钴钼又可促进CO和H2发生甲烷化反应,这一强放热反应有可能造成巨大温升而将催化剂烧坏。

催化剂可以用含H2S的合成气直接硫化,也可以在氢气存在下用CS2硫化。其反应式为:

Mo O3+2H2S+H2→Mo S2+3H2O+48．2k J/mol (1)

Co O+H2S →Co S+H2O+13．4k J/mol (2)

硫化反应是放热反应,所以须控制床层温度。 若温度过高,则易发生还原反应:

Co O+H2→Co+H2O

金属钴对以下甲烷化反应有强烈的催化作用,因此将会使变换反应的选择性下降。

CO+3H2→CH4+H2O+206．2k J/mol

(2)硫化注意事项

采用合成气直接硫化时,为满足合成气中H2S含量的要求,在磨机进口加入一定量的硫黄,将合成气中H2S含量提高至2500~6000ppm,系统水煤气压力控制在0．4MPa。硫化过程中要严格控制氮气流量与水煤气的流量总量在8000~10000Nm3/h,以防系统超压导致氮气无法进入系统,造成床层超温。 硫化初期氮气量与水煤气量比例为3∶1,硫化后期根据床层温度逐步加大水煤气流量(根据硫化升温速率表),减少氮气流量直至退出。

采用CS2硫化时,因为CS2氢解热很大,容易引起床层温度暴涨,因此CS2加入量必须谨慎小心,严防床层温度暴涨,在整个硫化过程中,必须坚持“提浓不提温、提温不提浓”的原则,当遇到床层温升较快时,应果断切断CS2,减少加入蒸汽量,加大空速,移出热量,防止超温。

硫化是否完全彻底,要用“床层温度”、“出口H2S含量”和“硫化时间”3个要素来衡量,当3个要素都达到要求时才合格。

4.钴钼系变换催化剂的反硫化

根据动力学的研究和催化剂表征认为,在含硫水煤气中催化剂的硫化和反硫化处于动态平衡,钴钼耐硫变换催化剂在活性组分处于硫化状态下具有活性,因此对工艺气中硫含量的上限不加限制,但对下限有严格的指标,要求使用的原料中含硫量不能小于某一数值,否则将出现反硫化现象而引起催化剂的失活。 因此,应避免已硫化的催化剂在无硫情况下操作。

钴钼系催化剂的反硫化主要是催化剂中的活性组分Mo S2的反硫化,其化学方程式为:

Mo S2+2H2O →Mo O2+2H2S-Q

在一定的反应温度、蒸汽量和H2S浓度下,会导致反应向右进行,使Mo S2逐步转变成Mo O2,表现为催化剂的失活,生产中一旦发生反硫化现象,催化剂的活性下降。在生产中,为了保证CO变化率,又必须增加蒸汽用量及提高反应温度,而蒸汽用量的增加和反应温度的提高虽暂时保证了工艺要求,但又进一步促进了反硫化反应,失活进一步加深,以致必须重新硫化催化剂,严重影响生产。

根据热力学方程可知,反硫化反应平衡常数Kp随着温度的提高而急剧增加,因此降低CO变换反应温度,有利于防止反硫化反应的发生。

由反硫化的反应方程式可以看出,水蒸气量的增加会使反硫化反应的发生,亦即是水气比越大,会有利于反硫化反应的进行。

由反硫化的反应式还可以看出,H2S浓度越高,越促使氧化态物质向硫化态方向反应,即生成活性组分的动力越大。因此H2S浓度越高,可抑制反硫化反应,从而使活性区域越大。表5．4．4是不同温度和汽气比反硫化的最低H2S含量。

表5．4．4 不同温度和汽气比反硫化的最低H2S含量 单位:g/m3干气

 

综上所述,反应温度、水气比和H2S浓度是影响钴钼耐硫变换催化剂活性的主要因素,防止反硫化催化剂才能有活性,硫化的好坏直接影响催化剂的活性,因此对硫化必须相当重视。

5.钴钼系催化剂的氧化和再生

钴钼催化剂在使用一段时间后,由于重烃聚合而会产生结碳。 这不仅降低催化剂活性,而且会使催化剂床层阻力增加,产生压差,此时就应将催化剂进行烧碳以获得再生。 在粗煤气被切断,并加上了相应的盲板之后,将中压蒸汽与正常变换过程的流向相反,由反应器底部通入,自顶部排出,这样可将粉尘杂质吹出。

蒸汽给催化剂床层升温,直到催化剂床层温度为350~450℃时为止(若超过500℃将会损害催化剂)然后继续通蒸汽,直到气流的冷凝液在取样中大致没有杂质为止。

之后通入工作空气,使蒸汽中含氧量为0．2%~0．4%(即空气0．5%~2%),进行烧炭;观察床层温度,可以从床温的变化来观察床层含碳物质的燃烧情况,蒸汽中的空气决不能超过5%,通入的空气量可适量调节,以将床温控制在500℃以下。

在烧炭过程中也会将催化剂中的硫烧去,而使催化剂变成氧化态。

烧炭过程中应当密切观测床层温度,调节空气或氧的浓度来控制床层温度,当床层中不出现明显温升、燃烧前缘已经通过反应器,出口温度下降,气体中O2上升,就意味着烧炭结束。 适当提高氧浓度进一步烧炭。 若温度不出现明显上升,可连续提高氧浓度,最后用空气冷却到50℃以下。

烧炭之后的催化剂需重新硫化方能使用。 若需将催化剂卸出,由于使用过的催化剂在70℃以上有自燃性,因此应先在反应器内冷却至大气温度。 卸时准备水龙头喷水降温熄火。除了一个卸出孔外,不要再特意开孔,以免因“烟囱效应”导致催化剂床层温度飞升。

四、工艺流程简述

全低温耐硫宽温CO变换工艺流程如图5．4．1所示。

 

图5.4.1 全低温耐硫宽温CO变换工艺流程

来自煤气化装置的粗煤气,首先进入原料气分离器,分离出夹带的水分;然后进入原料气过滤器,除去固体机械杂质。 从原料气过滤器出来的粗煤气被分成3股:一股(约35%)进入煤气预热器,与来自第三变换炉出口的变换气换热,进入蒸汽混合器,与加入的蒸汽混合,再进入煤气换热器,与来自第一变换炉出口的气体换热,进入第一变换炉进行变换反应。出第一变换炉的变换气进入煤气换热器换热后,与来自原料气过滤器的另一股粗煤气(约30%)混合,进入1#淬冷过滤器,气体经喷水降温后,进入第二变换炉进行变换反应。 第二变换炉出口的气体与粗煤气中剩余35%的气体(来自原料气过滤器的第三股粗煤气)混合后,进入2#淬冷过滤器,喷水降温后进入第三变换炉进行变换反应。 第三变换炉出口的变换气进入煤气预热器进行换热后,依次经过各台换热器、分离器进行降温、分离冷凝水后,出界区去低温甲醇洗装置。

原料气分离器、蒸汽混合器、1#变换气分离器、2#变换气分离器的工艺冷凝液一起进入冷凝液闪蒸槽,在此减压后,将溶解的大部分气体解吸出来。 解吸出来的气体经闪蒸汽冷却器冷却至40℃后,进入闪蒸汽分离器,分离出夹带的液体后,去火炬。 闪蒸后的冷凝液,通过冷凝液泵加压,去水处理工段。

五、煤气变换装置的运行

(一)原始开车(包括大修后开车)

1.开车前的准备工作

①确认系统安装检修完毕,变换炉催化剂装填硫化已完成。

②机、电、仪调试检修完毕,处于可投用状态。

③系统运转设备处于可投用状态(为安全起见,电在启动前再送)。

④系统干燥,吹扫,试压,气密完成。

⑤界区公用工程具备使用条件。

2.开车前的检查、确认工作

①确认本单元各盲板位置正确和所有临时盲板均拆除。

②确认本工号内的所有液位、压力和流量仪表导压管根部阀处于开的位置,所有的调节阀及联锁系统动作正常。

③确认系统内所有的阀门处于关闭位置并与前后系统有效隔离。

④确认系统内的设备、管线等设施均正确无误。

⑤确认系统内的导淋阀门关闭,需加盲板的已倒盲。

⑥确认冷却水已分别供到各换热设备。

⑦确认蒸汽暖管完毕,引到调节阀前。

3.系统氮气置换

①联系调度,打开进一氧化碳变换工序原料汽管线上的氮气管线阀门,用低压氮气置换系统。

②当系统压力升至0．4MPa时,打开系统放空阀排放,在此过程中要及时与空分联系,防止氮气压力及流量出现大的变化。

③重复以上动作,直至分析系统中O2≤0．5%,然后保持系统压力0．4MPa,关氮气管线截止阀,置换结束。

4.耐硫变换催化剂升温硫化

(1)升温前的准备

①水、电、原料气(粗合成气)、氮气、蒸汽确保正常供应。

②变换系统气密试验合格,升温用盲板抽加完毕,关系畅通,仪表齐全,取样点好用。

③开工蒸汽加热器、氮气循环鼓风机、转子流量计确保好用。

④画好理想升温硫化曲线,并准备好直尺、彩笔记录本、U形管压差记等。

⑤将二硫化碳加入储槽内,并在储槽液面上用氮气保持0．5MPa(g)左右的压力,储槽液位计要加装刻度,以便计算二硫化碳加入量。

(2)升温

①氮气循环升温系统用氮气置换,分析O2小于0．5%为合格,二硫化碳储槽置换后充压至0．5MPa备用。

②开启氮气管线上的阀门,给氮气循环升温系统充氮气至0．5MPa(g),启动氮气鼓风机,倒置三个变换器进出口氮气管线上的8字盲板,并打开相应的截至阀,调节有关阀门,使气体循环量保持在18000Nm3/h左右进行循环。

③开工蒸汽加热器通蒸汽升温,每0．5h记录1次,并分析绘制曲线。

④用调节开工蒸汽加热器出口蒸汽放开量的方法来控制升温速率,调节要平稳,控制开工蒸汽加热器出口温度,以保证变换炉入口升温操作如下:

变换炉入口温度升温速率为25℃/h,最大不超过50℃/h。

保持变换炉入口温度为150℃,直至变换炉出口温度达到50℃。

保持变换炉入口与出口温差小于100℃的同时,缓慢将床层温度提高到大于230℃。床层的最低点温度不低于200℃。

⑤当催化剂床层温度大于180℃,床层温度最低点不低于160℃时,开氢氮气(来自界外)补充阀,向氮气循环升温系统补加氢氮气,并从氮气分离器后放空,以调节循环气成分,使循环气中H2>25%,边升温边调节循环气成分。

⑥当催化剂床层保持恒温时,放水要完全,注意要排放氮气分离器的导淋。

⑦各变换炉的升温可以串连,也可以分开进行,控制两床层温差不大于120℃,当温差过大时,可打开各炉的氮气升温阀,对变换炉补充升温。

(3)硫化

当变换炉催化剂床层温度升至230℃时,可稍开二硫化碳储槽出口阀,使二硫化碳经转子流量计后进入开工蒸汽加热器的入口管线。

变换炉催化剂床层温度在230~260℃时,变换炉入口总硫量(硫化氢+二硫化碳)应维持在20~40L/h,同时提高床层的温度;当温度升至260~300℃时,保持CS2补充量同时定期分析变换炉出口H2S和H2含量,如果床层有H2S穿透要增加CS量至80~200L/h;硫化主期可控制在300~380℃;硫化末期要维持催化剂床层温度在400~420℃,进行高温硫化2h,当连续分析变换炉出口H2S含量均大于10g/m3时可认为硫化结束,分析的间隔时间要大于10min。

硫化过程要消耗氢,为了防止惰性气体在循环气中积累,应在氮气分离器后的放空管连续放空少量循环气,补充氢氮气要连续加入,使循环气中氢气含量维持在25%以上。

当变换炉进出口总硫量相等或接近时,硫化结束,逐渐减少并切断开工蒸汽加热器,用氮气吹除至出口的H2S<1g/m3后,关变换炉进出口阀,充氮气保持正压。

硫化结束后,停开工加热蒸汽,停氮气鼓风机,关闭氢氮气阀,系统置换合格后,关截止阀。

(4)升温硫化过程中的注意事项

升温硫化严格按催化剂供货商提供的技术方案进行。

升温硫化过程中要始终保证氮气压力在0．3~0．35MPa(g),氢氮压力为0．3~0．35 MPa(g)。

要保证氮气和氢氮气氧含量小于0．5%,且每1h分析1次。循环气中的H2>25%,O2<0．5%,每1h分析2次,变换炉进口硫含量每1h分析2次。

为防止催化剂床层超温,应坚持“加硫不提温,提温不加硫”的原则,应严格控制床层温度不超过450℃。

若床层温度增长过快并超过500℃,应立即停止加CS2,并加大氮气循环量,使温度下降。

加入氢氮气时催化剂床层温度要控制在180℃左右,严格控制氢气浓度25%~35%,防止过量,与催化剂发生还原反应。

CS2的加入温度以230~250℃为宜,CS2在200℃以上才会发生氢解,若有CS2积累,到200℃以上时CS2会氢解放热,使催化剂床层温度飞涨。若超过250℃才加入CS2,H2会和Co O或Mn O3发生还原反应,使催化剂床层温度飞涨。这两个反应,对催化剂都是有害的,会使其失活。

二硫化碳要严格管理,附近不可有明火,不可泄漏,不可靠近高温热源(小于100℃)。充装二硫化碳时要暂时封锁现场,要有专人负责。 二硫化碳储槽充装前要清洗干净,严禁油污。 二硫化碳和催化剂升温硫化过程中消防队应派人监护,准备好消防救护器材,消防车现场待命。

5.系统导气

硫化好的催化剂在初期有很高的活性,在导气的过程中如果操作不当或导气量变动不及时,就会引起床层的飞温。 在导气时要先进工艺气,视催化剂床层温度变化及时投用蒸汽,蒸汽流量控制可以与工艺气流量控制串机调节。

变换单元的伴热及保温要及时投用,变换炉入口温度在245℃。

在导气前,由于气化到本工段的工艺气管线过长,会使大量工艺气中的水冷凝下来,因此首先要进行排液。

继续开大旁路阀,当流量稳定在500Nm3/h后,注意观察催化剂床层温度,保持500 Nm3/h流量30min,如果床层温度无异常,可以继续以100Nm3/min的递增速度增加粗合成气量。 如果床层温度突然上升,应立即关闭旁路阀,断气。 断气的同时,按比例加入蒸汽。

设定第二变换炉的进口温度为235℃,第三变换炉的进口温度为220℃。

旁路阀全开后,可以稍开粗合成气界区大阀。 这时我们要谨慎操作,密切注意系统压力、催化剂床层温度、压差的变化情况。

通过界区大阀控制粗合成气的流量,缓慢提高粗合成气的流量达到60000Nm3/h。这时要注意观察第一变换炉床层的温度,如果温度飞升,应立即关闭大阀及旁路阀,必要时用氮气降温。

逐步提高系统压力到1．5MPa(升压速率小于0．05MPa/min),粗合成气大阀的开度要保证气体流量稳定在60000Nm3/h。提压过程中,切记要注意床层温度的变化。

当压力升至1．5MPa,要运行2~3h,以使催化剂继续深度硫化,提高催化剂的活性。

变换系统负荷增大到100000Nm3/h,逐步提高系统压力的设定值,到达3．5MPa左右。控制升压速率小于0．05MPa/min,升压时要注意床层温度,严禁超温。

6.系统增加负荷

调节粗合成气大阀开度,将前系统工艺气缓慢导入本系统,提高系统负荷。

导工艺气时要慢,注意保持床层温度、压差的稳定。 同时要注意CO浓度的调节。

7.向甲醇洗导气

当变换工段正常且各指标合格后,可以向低温甲醇洗工段导气。 在向甲醇洗导工艺气时要慢,一定要注意变换压力的波动,防止由于压力的波动造成催化剂床层压差的增大。

(二)正常操作

1.加减负荷

加减负荷要与前后工段配合,与调度联系。

加负荷时,就要视床层温度而定,每次加量要小。

2.床层温度的调节

催化剂运行初期,变化炉入口温度设定要尽可能低,当变换率下降,床层温度维持困难时,可适当调高设定值。

3.工艺气回路注意事项

运行时要检查各分离器的液位和温度,以免雾滴夹带进入工艺气中。

注意变换炉压差的升高。

(三)系统停车

1.长期停车

通知煤气化车间退气,协调甲醇洗单元降低负荷。

缓慢降低系统负荷,逐步关闭粗合成气界区大阀,关闭去甲醇洗的大阀。

同步粗合成气界区大阀的开度,减小并关闭蒸汽混合器的蒸汽,1#、2#淬冷器的锅炉给水,防止变换炉床层温度突降,出现液态水,损坏催化剂。

关闭煤气水分离器、汽气混合器、变换气气水分离器的冷凝液排放阀。 冷凝液闪蒸槽液位降低后,停送煤气化的水泵。 剩余液位,送到污水处理。

停变换气冷却器、闪蒸气冷却器循环水。

以0．1MPa/min的速率降低系统压力,系统压力至0．1MPa以下时,接通氮气管线。

氮气置换:打开氮气管线的截止阀,向系统充压,控制压力上升到0．5MPa时,进行卸压。反复数次,直到分析CO+H2含量小于0．5%时,即可认为置换合格,系统保压0．4MPa。

2.短期停车

在停车时间不超过24h的情况下,停车要按上述步骤,但不需要卸压和氮气置换,保持正常压力即可。

(四)事故处理

①如气化突然停止向本工段送气应立即通知后工段并快速关闭粗合成气界区大阀,系统作停车处理。

②锅炉给水故障,出现1#、2#淬冷器断水时,系统作停车处理。

③冷却水中断,会使变换器冷却器工艺气温度升高而且带水量加大,变换系统要作停车处理。

④仪表空气中断或晃电时,系统应立即停车。

⑤如果床层温度飞温,要减小原料气量,加大蒸汽量,打开放空阀,将热量迅速带走。

思考题及习题

简述低温甲醇洗脱除煤气中CO2和H2S的原理。

简述温度、压力和吸收剂的纯度对吸收的影响。

简述甲醇再生原理。

简述低温甲醇洗的特点。

简述低温甲醇洗系统的主要构成部分。

简述硫回收的作用及主要方法。

简述改良克劳斯工艺有哪些。

简述原料气中杂质气体对硫回收过程的影响。

简述过程气中n(H2S)/n(SO2)的比例对硫转化率的影响。

通常可将硫回收的装置分为哪几部分?

变换反应的特点有哪些?

变换工序的任务是什么?

解释变换率、平衡变换率的概念。

温度、蒸汽用量对平衡变换率的影响如何?

在变换过程中除去二氧化碳的目的是什么?

铁铬系变换催化剂的主要组成是什么? 各组分的作用是什么?

催化剂为什么在使用前要进行升温还原、卸出前要钝化?

什么是最适宜温度? 变换反应存在最适宜温度的原因是什么?

什么是最适宜温度温度曲线? 生产中为何要求变换反应沿最适宜温度曲线进行?加压变换有哪些优点?

在中温变换中,如何利用反应热?