（中石化巴陵分公司化肥事业部，湖南 岳阳414003）
［摘 要］介绍了巴陵石化煤气变换装置的工艺优化设计原理及改造方案，分析了改造后装置的运行情况，提出了整改措施，总结了变换工艺长周期稳定运行的控制要点。
［关键词］变换工艺；改造；低水气比；控制要点
［中图分类号］TQ 113.26+4.2［文献标识码］B［文章编号］ 1004-9932（2013）
.中石化巴陵分公司合成氨装置采用了Shell粉煤气化技术，尽管此项技术有自己独特的优势，但由于产出煤气中CO含量较高，达60%以上，这不仅加重了变换系统的处理负荷，也容易引起催化剂床层超温。因此，针对这种高CO含量原料气变换工艺的优化就显得非常重要。2010年6月，公司对煤气的变换工艺实施了清洁生产方案，取得了较好的效果。1 变换工艺优化设计原理
1.1 工艺设计简介
变换装置将来自粉煤气化装置的粗煤气中的CO变换成CO2，同时产生H2，以调节粗煤气中的CO和H2含量，实现后续工艺H2的需求。工艺气中的CO2在脱碳工序脱除，送尿素装置。变换反应是一个可逆、放热、等体积反应，所以CO的最后总变换率与反应的平衡温度有很大关系，即它的反应深度受温度的制约。另一方面，催化剂对毒物的敏感性决定了工艺对催化剂类型的选择。改造前CO变换工艺采用的是钴钼催化剂。水气比也是影响工艺生产的一个重要因素。在同样操作条件下，采用较高的水气比可提高CO变换率，防止床层超温，但考虑到节能降耗，采用低水气比操作。粗煤气中高浓度CO在低水气比情况下易发生甲烷化反应，这就对工艺设计提出了更加严格的要求。
1.2 工艺流程优化
基于变换反应的基本原理，从以下几方面进行了优化设计。
（1）低水气比预变配套高水气比中变及低变流程
根据低水气比催化剂的设计理念［1］，流程设计为通过中温变换炉出口气使粗煤气温度提高到所需要的反应温度，进入预变，反应后再配送。低水气比流程是通过控制反应的水气比来控制变换反应的深度，进而控制床层热点温度。由于热点温度和水气比都较低，反应条件温和，有利于装置的长周期平稳运行，延长催化剂的使用寿命。低水气比预变配套高水气比中变及低变流程，既节省工艺蒸汽又降低了低变出口CO含量，同时可以根据中变和低变催化剂的活性，灵活调整催化剂入口温度，进一步增加节能降耗的力度，操作更加灵活，调节余地更大。
（2）催化剂选型和工艺蒸汽消耗控制
目前耐硫变换有高水气比和低水气比催化技术，2种技术均已成熟，无论选择何种催化剂，在变换出口CO含量相同的条件下，理论上总体工艺蒸汽的消耗是相等的。低水气比流程通过多段加入冷凝液对变换炉出口工艺气降温和增湿，用工艺冷凝液代替部分水蒸气，达到降低工艺蒸汽消耗的目的。改造后低水气比催化剂选用QDB-05，直接利用粗煤气中携带的一定水量进行反应，将产生的反应热供给调温水，代替等量的蒸汽进入高温变换炉。在水气比为0.19的条件下，预变床层热点温度可以控制在400 ℃左右，甲烷化副反应程度很低，预变出口粗煤气中的CO含量降到40%以下。
（3）低变串联
变换反应为可逆、放热反应，故采取不同温度的分段变换方式。降低低变出口CO含量的主要措施有：提高水气比、降低反应温度、选择高性能催化剂并增加催化剂装填量等。对于低变反应，进入低变入口粗煤气CO含量已经很低，但实际生产中反应温度无法达到平衡温度。改造后增加了低变炉R-2105，相当于增加了低变催化剂装填量，延长了反应时间，提高了变换率。优化后的变换工序工艺流程如图1所示，低变出口工艺气中的CO含量在0.3%以下。
2 技术改造后存在的问题及处理措施