廖伟玲1，荆继波2
（1.湖南安淳高新技术有限公司，湖南 长沙410205；2. 陕西龙门煤化工有限责任公司，陕西 韩城715400）
［摘 要］随着无硫或极低硫且含高浓度CO的工业尾气、焦炉尾气等工艺气体综合利用项目的越来越多，这类工艺气体的深度CO变换技术越来越重要。以陕西龙门煤化工有限责任公司 “180 kt/a甲醇+280 kt/a液氨”项目变换系统为例，详细介绍其采用的湖南安淳高新技术有限公司开发设计的无硫等温变换系统的工艺设计（包括变换催化剂的选型、变换反应器最佳操作温度区间的设定、具体的工艺流程）和核心设备——等温变换反应器的设计，以及无硫等温变换系统的工业化应用情况。应用实践表明，无硫等温变换技术具有先进性且成熟可靠，在各种无硫工艺气体综合利用项目中具有广阔的市场前景和推广价值。
［关键词］CO变换；无硫工艺气体；无硫等温变换；工艺设计；核心设备；等温变换反应器；工业化应用情况
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）04-0001-04
0 引 言
陕西龙门煤化工有限责任公司（简称陕西龙门）“180 kt/a甲醇+280 kt/a液氨”项目采用湖南安淳高新技术有限公司（简称湖南安淳）开发设计的无硫等温变换工艺和核心专利设备，为国内首套无硫等温变换工艺系统，系统于2018年5月成功开车试运行，产出合格的甲醇和液氨产品。本项目送往变换工段的粗煤气中不含硫，且粗煤气中CO含量高，未变换气中基本不含水，但要求变换工段出口变换气中的CO含量≤1.97%（干基，体积分数。下同），在如此苛刻的工况条件下系统的成功运行，表明湖南安淳开发设计的无硫等温变换工艺系统的先进性及成熟可靠性。以下对本套无硫等温变换系统的工艺设计和应用情况作一总结，以便为今后变换制氢工艺技术的选择提供技术支撑。
1 变换工艺技术的设计选型
陕西龙门变换工段主要技术要求：变换系统总阻力降≤0.15 MPa；变换出口气CO含量≤1.97%；外补蒸汽量尽量少。变换工段的原料粗煤气来源有三：一是焦粒纯氧连续制气经湿法脱硫、压缩、变压吸附脱碳等工序后送至变换工段；二是焦化来焦炉气经脱硫、脱碳、深冷分离后的一股富CO气送至变换工段；三是甲醇合成弛放气送至变换工段，三股气体混合后形成的粗煤气（2.45 MPa、40 ℃）的相关参数见表1。
由表1可知，陕西龙门变换工段原料粗煤气中总硫和水汽含量几乎为零，粗煤气中CO含量高达49%以上，又要求CO转化率达94.1%，这对变换工艺流程、催化剂选型和变换炉设计来说条件苛刻、难度很大。在最初的工艺技术方案选型时，通过查阅文献和走访同行企业，目前煤化工业内已经工业化的类似变换工艺技术主要有铁锌中温变换串铜系低温绝热变换工艺（简称中变串低变）和钴钼系耐硫全低变工艺绝热变换工艺（简称全低变）[1-2]。全低变工艺适用于高CO含量和有硫的气质条件，而以陕西龙门变换工段的原料粗煤气的气质条件，若采用全低变工艺，需先补硫再在变换工段后脱硫，且全低变工艺据水气比和低变催化剂使用条件一般要求粗煤气中H2S含量≥50 mg/m3，否则会发生反硫化，影响低变催化剂的活性，如此一来，不仅增大了系统工艺流程的复杂性，而且增加了设备和管道等的投资，另外还有硫化物回收带来的环保压力及投资。中变串低变工艺适用于无硫气质条件，但严格要求低温绝热变换炉进口CO含量≤3.5%，而陕西龙门变换工段原料粗煤气CO含量高达49%以上，且水气比极低，会致变换系统设备台数多、流程设计复杂、蒸汽消耗较大以及中温变炉设备材质等级要求高（投资大），更为关键的是，如此高CO含量气质条件下中变串低变工艺还没有成熟的工业化应用案例[3]。总之，常规CO变换工艺存在工艺流程复杂、设备多、蒸汽消耗高、系统阻力大、占地面积大、催化剂寿命短等诸多问题。本项目为避免常规绝热变换工艺的缺点及运行风险，经双方技术人员多次分析和讨论，陕西龙门决定采用湖南安淳的无硫等温变换专利技术。
2 无硫等温变换工艺的设计
2.1 等温变换工艺设计的基本原理
粗煤气通过换热器提温和净化炉除毒、除杂质后，进入变换炉进行CO变换反应
更多内容详见《中氮肥》2020年第4期