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一氧化碳变换的主要设备及操作控制

摘要：本文根据作者自己的工作经验，结合实际，对一氧化碳变换的知识进行阐述，并探讨了一氧化碳变换的主要设备和变换过程中的操作要点。

关键词：化工；一氧化碳变换；设备；操作要点 1.一氧化碳变换的主要设备

1.1变换炉

变换炉随工艺流程不同而异，但都应满足以下要求：变换炉的处理气量尽可能大；气流阻力小；气流在炉内分布均匀；热损失小，温度易控制；结构简单，便于制造和维修，并能实现最适宜温度的分布。变换炉主要有绝热型和冷管型，最广泛的是绝热型。现介绍生产中常用的两种不同结构的绝热型变换炉。

（1）中间间接冷却式变换炉

中间间接冷却式变换炉结构的外壳是由钢板制成的圆筒体，内壁砌有耐混凝土衬里，再砌一层硅薄土砖和一层轻质黏土砖，以降低炉壁温度和防止热损失。内用钢板隔成上、下两段，每层催化剂靠支架支撑，支架上铺篦子板，钢丝网及耐火球，上部再装一层耐火球。为了测量炉内各处温度，炉壁多处装有热电偶，炉体上还配置了入孔与装卸催化剂口。

（2）轴径向变换炉

半水煤气和蒸汽由进气口进入，经过分布器后，70%的气体从壳体外集气器进入，径向通过催化剂，30%气体从底部轴向进入催化剂层，两股气体反应后一起进入中心内集气器而出反应器，底部用Al2 O3球并用钢丝网固定。外集气器上开孔面积为0.5%，气流速率为6. 7m/s，中心内集气器开孔面积为1.5%，气流速率为22m/ s，大大高于传统轴向线速0. 5m/s。因此，要求使用强度较高的小颗粒催化剂。轴径向变换炉的优点是催化剂床层阻力小，催化剂不易烧结失活，是目前广泛推广的一项新技术。

1.2饱和热水塔

饱和塔的作用是提高原料气的温度，增加其水蒸气含量，以节省补充蒸汽量。热水塔的作用主要是回收变换气中的蒸汽和湿热，提高热水温度，以供饱和塔使用。工业上将饱和塔和热水塔组成一套装置的目的是使上塔底部的热水可自动流入下塔，省去一台热水泵。

目前饱和塔用新型垂直筛板塔，可提高传质效率20%左右，气体处理量可提高50%以上，具有低压降，抗结垢抗堵塞能力强的特点。

2.操作控制要点

2.1变换炉的操作

（1）催化剂的填装、升温与还原

催化剂装填的好与坏，对于降低床层阻力、提高变换率、延长催化剂使用寿命有直接影响。装填前，应先把催化剂过筛，除去运输中产生的粉尘碎粒，使颗粒均匀，以减少生产时的阻力，并在炉内标记出催化剂要装填的高度，在炉篦上铺好钢丝网和耐火球，然后自上而下分层进行装填。装填人员进炉时，严禁踩踏催化剂，可站在临时木板上操作，装好后，用木板将表面刮平，再覆盖上一层铁丝网和耐火球，然后封上入孔和变换炉顶盖。

（2）正常操作

①中温变换的正常操作。中温变换的正常操作主要是将催化剂床层温度控制在适宜的范围内，以便充分发挥催化剂的活性，提高设备的生产能力和一氧化碳的变换率，同时尽量降低水蒸气消耗。

在控制炉温时，必须细心观察催化剂床层温度变化，正确分析原因，精心调节，注意参照“灵敏点”预见炉温的变化趋势，及时采取调节措施，使床层温度波动控制在指标范围内。

②低温变换的正常操作。低温变换的正常操作主要是将温度控制在适宜的范围内，防止催化剂中毒和出现冷凝液。低温变换催化剂的正常使用温度是180 ~260℃。使用初期，在满足工艺指标的前提下，应尽量降低操作温度，但不得低于露点温度。使用后期可适当提高操作温度，幅度以每次5℃为宜。催化剂床层温度主要靠入口气体温度来调节，应根据床层温度及时调节原料气温度。由于低温变换催化剂对温度很敏感，应避免发生超温和温度剧烈波动的情况。原料气中一氧化碳含量一般控制在3%~6%，当其增加时，反应热增加，温度上升，这时应及时调节蒸汽添加量，以保证床层温度稳定和出口一氧化碳含量符合要求。

2.2饱和塔和热水塔的操作

（1）填瓷环

饱和塔和热水塔的瓷环分别进行安装，先将瓷环洗净。在篦子板上铺一层铁丝网，在网上整齐排列十层较大的瓷环，然后向塔内加水。加水前在热水塔气体进口上插盲板，并关闭相关阀门，以免将水灌入变换炉内。当水加至入孔处时，用斜槽把瓷环滑入塔内。装瓷环时要轻拿轻放，以防瓷环破碎，装填到规定高度时，要将塔内水面上漂浮的杂物捞出，把水放净，将瓷环扒平，抽掉盲板，封好入空。

（2）饱和塔和热水塔的操作

饱和塔和热水塔的操作主要是控制适宜热水循环量，提高饱和塔出口气体温度，稳定两个塔的正常液位。

①饱和塔出口气体温度控制。变换工序的主要消耗定额是蒸汽消耗量，它指的是从系统外补加的蒸汽，蒸汽消耗量等于变换炉入口湿半水煤气中的蒸汽量与饱和塔出口气体中蒸汽量之差。饱和塔出口气体中回收蒸汽量的多少主要取决于气体温度。饱和塔出口气体温度越高，气体中所含的水蒸气越多，消耗的外供蒸汽量就越少，所以，在生产中总是尽量提高饱和塔出口半水煤气的温度。

循环热水量是决定饱和塔出口气体温度的主要因素。因此需控制适宜的循环热水量，以提高气体出口温度。一般热水循环量控制在每吨氨气10~20m3水，并根据不同的变换流程选择不同的循环水量。

②饱和塔和热水塔液位控制。饱和塔和热水塔液位过高，塔阻力增大，使气体带液。过低，两塔容易发生串气现象，半水煤气不经过变换炉直接串入变换气中被带到后系统，还会使热水泵抽空，所以，饱和热水塔液位一般控制在液位计高度的1/2~2/3。

③水质的控制。热水在循环使用中，各种无机盐等固体含量逐渐增加，将随半水煤气带入变换炉内，沉积在催化剂颗粒表面，降低催化剂活性。同时，由于酸性气体溶于水，pH值下降会对设备产生腐蚀。因此要经常从热水塔底排放一部分污水，并补充新鲜软水或脱盐水。

3.结语

一氧化碳的变换过程中，需要考虑的因素有很多，不仅仅要选择合理的设备，还要有非常好的操作技巧。较好的考虑变换过程中的温度、湿度和各种内部条件能够提高变换的效率和设备的使用寿命。

参考文献：

[1]程桂华.合成氨.北京：化学工业出版社.1998

[2]陈劲松.一氧化碳低温变换工艺及应用.会议论文.2001