变换新工艺.ppt

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1、粉煤气化粉煤气化 低水低水/气耐硫气耐硫 变换新工艺变换新工艺 青岛联信化学有限公司青岛联信化学有限公司 广西柳州化工有限公司广西柳州化工有限公司鉴定材料之二鉴定材料之二 青岛联信化学有限公司青岛联信化学有限公司 粉煤气化粉煤气化 低水低水/气气 变换新工变换新工艺艺开发研究报告开发研究报告 1.前言前言(目的意义目的意义)2.2.发生发生甲烷化副反应甲烷化副反应影响因素的研究影响因素的研究3.3.变换变换反应分段反应分段的依据和一段的依据和一段反应深度的控制反应深度的控制4.4.低水低水/气流程的设计思路、动力学模拟计气流程的设计思路、动力学模拟计 5.5.算、工艺指标的确定和算、工艺指标的

2、确定和技术优势技术优势6.6.5.5.推广应用前景及经济社会效益推广应用前景及经济社会效益7.7.6.6.查新报告查新报告 目目 录录1.1.前言前言(目的意义目的意义)Shell粉煤气化工艺的特点粉煤气化工艺的特点对煤质要求较低，适用范围广。对煤质要求较低，适用范围广。有效气体成分含量高（有效气体成分含量高（CO+H2 89%）Texaco气化气化（CO+H2 80%）原煤和氧气消耗低原煤和氧气消耗低 操作和维护费用低操作和维护费用低（粒度、灰分、粘结性、水含量粒度、灰分、粘结性、水含量）CO含量高达含量高达60%以上以上,加重了变换工段的负荷加重了变换工段的负荷 甲烷化副反应甲烷化副反应

3、变换反应的分段变换反应的分段 一段一段反应深度的控制反应深度的控制是是Shell气化能否较好地用于合成氨或甲醇生产的关键。气化能否较好地用于合成氨或甲醇生产的关键。1.前言：前言：存在问题、新工艺开发目的意义存在问题、新工艺开发目的意义1.前言：前言：新工艺开发目的意义新工艺开发目的意义 首先对人们最关心的首先对人们最关心的“甲烷化甲烷化”副反副反应影响的问题进行研究，找出了在钴钼应影响的问题进行研究，找出了在钴钼基催化剂上影响甲烷化副反应发生基催化剂上影响甲烷化副反应发生程度程度的规律的规律，并得到了在水，并得到了在水/气较低的条件气较低的条件下，发生甲烷化副反应的下，发生甲烷化副反应的起活

4、温度起活温度和抑和抑制甲烷化副反应发生的制甲烷化副反应发生的最小水最小水/气气等重等重要数据。要数据。1.前言前言：新工艺开发目的意义新工艺开发目的意义 然后针对变换反应然后针对变换反应如何分段如何分段和一段炉和一段炉反应的深度反应的深度如何控制如何控制等问题进行了深入等问题进行了深入的研究，找出了控制反应深度的的研究，找出了控制反应深度的两种办两种办法法。在此基础上，。在此基础上，开发了开发了“Shell粉煤气粉煤气化工艺化工艺”低水低水/气耐硫变换新工艺。气耐硫变换新工艺。1.前言：前言：新工艺的特点新工艺的特点 充分利用壳牌废锅流程原料气水含量低的特点，充分利用壳牌废锅流程原料气水含量低

5、的特点，通过控制工艺气中的通过控制工艺气中的水水/气比气比来控制第一反应器变来控制第一反应器变换换反应的深度反应的深度，进而控制，进而控制床层的热点温度床层的热点温度，达到在，达到在热点温度较低的条件下，即在不会发生甲烷化副反热点温度较低的条件下，即在不会发生甲烷化副反应的条件下，将高浓度应的条件下，将高浓度CO部分变换，使高部分变换，使高CO浓度浓度的的“Shell粉煤气化新工艺粉煤气化新工艺”能在低能在低水水/气平稳和温气平稳和温和和的工艺的工艺 条件下进行。条件下进行。开发报告开发报告-1.前言 本报告从对本报告从对甲烷化副反应的影响因素甲烷化副反应的影响因素的研的研究、究、变换反应的分

6、段研究变换反应的分段研究、反应深度的控制、反应深度的控制、动力学模拟计算动力学模拟计算和和在广西柳州在广西柳州“Shell”粉粉煤气化制氨装置上的工业应用煤气化制氨装置上的工业应用等等5个方面，个方面，对低水对低水/气耐硫变换工艺流程开发研究进行气耐硫变换工艺流程开发研究进行总结。总结。2.甲烷化副反应的问题甲烷化副反应的问题 甲烷化是在催化剂的作用下，使甲烷化是在催化剂的作用下，使CO和和CO2加氢生产甲烷的加氢生产甲烷的一种方法，一种方法，是有些厂脱除少量是有些厂脱除少量CO的的方法之一。方法之一。甲烷化反应是甲烷化反应是CO变换工序的变换工序的副反应副反应之一，之一，也该反应是强放热反应

7、，每生成也该反应是强放热反应，每生成1%的的CH4就就会使床层产生会使床层产生60-70的温升！的温升！问题问题1 2 甲烷化副反应的问题甲烷化副反应的问题 在在CO变换工段，水变换工段，水/气是抑制甲烷化副气是抑制甲烷化副反应的一个重要控制手段，当水反应的一个重要控制手段，当水/气较高时，气较高时，主要发生主要发生CO的变换反应，不会有甲烷化副的变换反应，不会有甲烷化副反应发生。但当反应发生。但当水水/气较低气较低，而，而CO含量较含量较高、高、反应压力和床层温度也比较高时反应压力和床层温度也比较高时，则，则容易发生甲烷化副反应，造成床层容易发生甲烷化副反应，造成床层“飞温飞温”。问题问题1

8、 2、甲烷化副反应的问题研究甲烷化副反应的问题研究由于由于“Shell”粉煤气化原料气中粉煤气化原料气中CO高达高达60%以上，而变换压力也相对较高，因此，以上，而变换压力也相对较高，因此，选用选用Shell粉煤气化工艺生产甲醇或合成氨粉煤气化工艺生产甲醇或合成氨时，人们时，人们最担心最担心的就是发生的就是发生甲烷化副反应甲烷化副反应的问题。的问题。在钼基催化剂上，特别是在钴钼基变换催在钼基催化剂上，特别是在钴钼基变换催化剂上，发生甲烷化副反应的研究化剂上，发生甲烷化副反应的研究却没有却没有报道。报道。问题问题1 甲烷化副反应的影响甲烷化副反应的影响-“-“德士古流程德士古流程”实例实例2、甲

9、烷化副反应的问题研究甲烷化副反应的问题研究在钼基催化剂上，特别是在钴钼基变换在钼基催化剂上，特别是在钴钼基变换催化剂上，发生甲烷化副反应的研究催化剂上，发生甲烷化副反应的研究却却少见报道。少见报道。从从水水/气、气、床层热点温度、床层热点温度、空速和催化剂空速和催化剂性能等性能等几个方面几个方面对甲烷化副反应影响的对甲烷化副反应影响的考察研究。考察研究。2.发生甲烷化副反应的影响因素的研究发生甲烷化副反应的影响因素的研究样品的选取样品的选取 选取选取QDB-04催化剂催化剂作为实验样品。作为实验样品。催化剂加压活性测试催化剂加压活性测试 在原粒度加压评价装置上在原粒度加压评价装置上,测定催化剂

10、的原粒度测定催化剂的原粒度宏观活性，在测定出口气体中宏观活性，在测定出口气体中CO含量的同时，进含量的同时，进行行CH4含量的测定，以甲烷含量的大小表示甲烷化含量的测定，以甲烷含量的大小表示甲烷化副反应发生的程度，加压评价装置流程略。副反应发生的程度，加压评价装置流程略。评价条件：评价条件：原料气中原料气中CO：60-68%；H2S 8004000ppm；床层温度：；床层温度：200-450；系统压；系统压 力：力：3.8MPa；干气空速：干气空速：20006000h-1 2.甲烷化副反应考察甲烷化副反应考察-水气比的影响水气比的影响 考察了水考察了水/气对甲烷化副反应的影响气对甲烷化副反应的

11、影响,当水气比大于当水气比大于0.8时时,甲烷化副反应的影响可以忽略甲烷化副反应的影响可以忽略.表表1.水水/气对甲烷化气对甲烷化副反应的影响副反应的影响温度温度C水水/气气入口入口CO%入口入口CH4%出口出口CH4%入口入口床层床层2494280.2565.102.012484260.5063.901.092492504264280.801.0064.665.3000.480.06注：空速注：空速3000h-1，压力压力3.7MPa发明点之一发明点之一2 2 甲烷化副反应研究甲烷化副反应研究-热点温度的影响热点温度的影响 当热点温度为当热点温度为400 C时时,出口气体中已经有出口气体中已

12、经有甲烷生成。甲烷生成。表表2.床层温度对甲烷化床层温度对甲烷化副反应的影响副反应的影响温度温度C水水/气气入口入口CO%入口入口CH4%出口出口CH4%入口入口床层床层2014230.2565.801.882024110.2565.200.992034020.2565.300.292033900.2563.900.002033800.2562.900.00注：空速注：空速3000h-1，压力压力3.7MPa发明点之二发明点之二2.甲烷化副反应研究甲烷化副反应研究-空速的影响空速的影响 考察了考察了空速空速对甲烷化副反应的影响对甲烷化副反应的影响,提高提高空速，空速，出口出口甲烷含量减少，说明

13、提高空速可抑制甲烷化副反应。甲烷含量减少，说明提高空速可抑制甲烷化副反应。.表表3.3.空速空速对甲烷化对甲烷化副反应的影响副反应的影响温度温度C空速空速入口入口CO%入口入口CH4%出口出口CH4%入口入口床层床层220390200067.700.512202203903903500450067.767.7000.280.27水/气0.25,压力3.7MPa发明点之三发明点之三2.甲烷化副反应研究甲烷化副反应研究-催化剂性能的影响催化剂性能的影响 催化剂的性能不同，甲烷化副反应发生的程度也催化剂的性能不同，甲烷化副反应发生的程度也不相同不相同。.表表4.4.催化剂性能催化剂性能对甲烷化对甲烷

14、化副反应的影响副反应的影响温度温度C催化剂催化剂入口入口CO%入口入口CH4%出口出口CH4%入口入口床层床层220220422421QDB-04催化剂催化剂B63.263.3000.671.26水水/气气0.25,压力压力3.7MPa发明点之四发明点之四2.甲烷化副反应研究甲烷化副反应研究：小结小结降低床层热点温度、增加水降低床层热点温度、增加水/气、采用大空速气、采用大空速和选用性能良好的催化剂均可以抑制甲烷化副和选用性能良好的催化剂均可以抑制甲烷化副反应的发生。反应的发生。当控制水当控制水/气大于气大于0.8或温度低于或温度低于400,甲烷化甲烷化副反应的影响副反应的影响可以忽略。可以忽

15、略。3.3.变换反应的分段依据变换反应的分段依据 表表5 Shell粉煤气化工艺和粉煤气化工艺和Texaco气化工艺气体组成比较气化工艺气体组成比较项目项目COCO2H2Shell气化气化61.73.8227.6Texaco气化气化46.717.8034.6Shell预变后预变后46.114.9333.1 经过经过预变后预变后气体组成与气体组成与Texaco气体组成基本相同气体组成基本相同 Texaco气化制氨在我国已有数套运行成功的先例，气化制氨在我国已有数套运行成功的先例，从原料组成上讲，从原料组成上讲，只需增设只需增设预变炉预变炉，Shell气化工艺就可用作合成氨生产。气化工艺就可用作合

16、成氨生产。表表6 Shell粉煤气化和常压固定床气化组成比较粉煤气化和常压固定床气化组成比较项目项目COCO2H2Shell气化气化64.884.6124.11常压固定床常压固定床30.748.6438.27预变后预变后35.0821.8537.80 经过经过预变后预变后气体组成也可基本达到与常压固定床气化工艺气体组成也可基本达到与常压固定床气化工艺气体的组成气体的组成因此：因此：借鉴借鉴Texaco气化和常压固定床气化气化和常压固定床气化工艺成功运行的经验，认为工艺成功运行的经验，认为Shell粉煤气粉煤气化化采用预变加三段的变换工艺就可采用预变加三段的变换工艺就可用于用于制氨生产。制氨生产

17、。3.3.一段一段反应深度的控制（动力学计算）反应深度的控制（动力学计算）由于由于COCO含量高且水含量高且水/干气大，反应的推动力大，干气大，反应的推动力大，因此，一段因此，一段反应深度反应深度对对床层热点温度床层热点温度的影响十分明的影响十分明显。显。如果反应深度控制不当，将会使床层热点温度如果反应深度控制不当，将会使床层热点温度升高，造成床层飞温，因此升高，造成床层飞温，因此一段一段反应深度反应深度的控制的控制是是关键！关键！3.一段反应深度的控制（动力学计算）一段反应深度的控制（动力学计算）控制反应的深度有两种方法：控制反应的深度有两种方法：（1）第第一一种种方方法法：通通过过控控制制

18、反反应应的的水水/气气比比，可可控控制制反反应应的的平平衡衡及及床床层层的的热热点点温温度度从从而而控控制制反反应应的的深深度度。但但研研究究结结果果表表明明，当当水水/气气较较小小、床床层层的的热热点点温温度度较较高高时时（一一般般大大于于400时时），就就可可能能引引发发甲甲烷烷化化付付反反应应，因因此此，水水气气比比的的选选取取要要保保证证床床层层的的热点温度不高于热点温度不高于400。3.反应深度的控制（反应深度的控制（第一种方法：第一种方法：）表表7 水水/气对出口气对出口CO及热点温度的影响及热点温度的影响水水/气气温度温度平衡组成，平衡组成，%XCO%装量装量m3入口入口热点热点

19、COCO2H20.20200390.639.34 19.39 35.8728.2628.00.25200401.337.55 20.42 36.6930.6328.00.30200415.735.08 21.85 37.8033.9929.70.40200435.331.50 23.90 39.5039.1229.7 当水当水/气为气为0.250.25时，床层的热点温度已高于时，床层的热点温度已高于400400，为避免甲烷化反应，为避免甲烷化反应的发生，的发生，预变炉反应的水预变炉反应的水/气应选择小于气应选择小于0.25为宜为宜（空速（空速3000h-1)(2)第二种方法第二种方法：控制：控

20、制催化剂的装量催化剂的装量也能达到控制也能达到控制 反应深度的目的。反应深度的目的。水水/气气温度温度组成，组成，%装量装量m3入口入口热点热点COCO2H20.25200384.039.819.335.728.70.25200344.141.418.234.526.10.25200320.344.816.233.326.60.25200301.047.814.532.020.7 随着催化剂装量的减少，随着催化剂装量的减少，出口出口COCO含量增加，热点温含量增加，热点温度明显下降。度明显下降。表表8.催化剂装量与床层热点温度的关系催化剂装量与床层热点温度的关系发明点之六发明点之六（3）但水但

21、水/气高时，气高时，要想通过控制催化剂的装量来控制反应深度，要想通过控制催化剂的装量来控制反应深度，催化剂装量必须计算精确催化剂装量必须计算精确,否则将造成床层温度不好控制的结果。否则将造成床层温度不好控制的结果。表表9、水、水/气对床层温度的影响气对床层温度的影响水水/气气温度温度组成，组成，%装量装量m3入口入口热点热点COCO2H21.13260443.926.5231.4241.2417.081.13260468.421.9833.8843.3517.881.13260491.218.0236.0345.1918.681.13260508.415.1537.5846.5219.49 从

22、从17.08 m17.08 m3 3增加到增加到18.68 m18.68 m3 3，仅增加了不到仅增加了不到1m1m3 3 ，床层的热度温度就增加了床层的热度温度就增加了22.8 22.8！3.3 不同不同催化剂催化剂的动力学行为对计算结果的影响的动力学行为对计算结果的影响表表10.不同催化剂的动力学行为对计算结果的影响不同催化剂的动力学行为对计算结果的影响催化剂催化剂温度温度组成，组成，%装量装量m3入口入口热点热点COCO2H2QDB-04240480.97.8536.3648.1744催化剂催化剂A240381.025.4025.9839.7144 尽管装填量相同，但由于尽管装填量相同，

23、但由于催化剂性能催化剂性能的差别，使床的差别，使床层热点温度相差层热点温度相差100余度！因此，在确定催化剂装量余度！因此，在确定催化剂装量之前，之前，首先要确定催化剂的型号。首先要确定催化剂的型号。影响动力学计算结构因素的讨论影响动力学计算结构因素的讨论3.4.3.4.动力学动力学活性系数的影响活性系数的影响 活活性性系系数数：在在进进行行动动力力学学计计算算时时，将将毒毒物物、使使用用年年限限和和使使用用状状态态的的影影响响等等因因素素归归纳纳成成系系数数形形式式，连连乘乘于于动力学表示之前，称为活性系数。动力学表示之前，称为活性系数。它它表表示示催催化化剂剂在在真真实实条条件件下下使使用

24、用活活性性与与标标准准活活性性（实实验验室室条条件件下下）的的比比值值，在在进进行行工工业业催催化化剂剂装装量量的的计计算算时时，正正确确选选取取这这种种反反映映实实际际使使用用状状态态影影响响的的活活性性系数对确定催化剂的用量是十分重要的。系数对确定催化剂的用量是十分重要的。3.4 当选取系数为当选取系数为0.5，催化剂为，催化剂为38.5 m3时，床层的热点温度为时，床层的热点温度为445.8；但若选取；但若选取0.7的活性系数，催化剂为的活性系数，催化剂为36.8 m3时，床层的热点温时，床层的热点温度就达到度就达到505.3！这个温度已经超过了催化剂的使用温度和设备的耐这个温度已经超过

25、了催化剂的使用温度和设备的耐热温度，是绝对不允许的。热温度，是绝对不允许的。表表11.活性系数对动力学计算结果的影响活性系数对动力学计算结果的影响活性系活性系数数温度温度组成，组成，%装量装量m3入口入口热点热点COCO2H20.70250443.920.8828.2043.1932.20.70250505.312.4933.7347.6736.90.50250402.529.5423.6839.6232.20.50250445.821.8828.1943.1938.5活性系数的影响活性系数的影响3.5 反应深度控制的模拟试验反应深度控制的模拟试验 3.5.1水水/气气对反应深度的影响对反应深

26、度的影响表表12.水水/气对反应深度的影响气对反应深度的影响水水/气气温度温度组成，组成，%入口入口热点热点进口进口CO出口出口COCH40.20196366.366.749.10.00.30200381.264.642.30.00.60230430.163.838.70.020.80240451.363.222.80.03 当水当水/气为气为0.2-0.3时床层出口时床层出口CO含量为含量为49.1-42%，床层温度低于，床层温度低于366-380，无甲烷化副反应发生，无甲烷化副反应发生，CO含量已经与与德士古气化工艺相同。含量已经与与德士古气化工艺相同。3.5 反应深度控制的反应深度控制的

27、模拟试验模拟试验 3.5.2空速对反应深度的影响空速对反应深度的影响表表13.空速对反应深度的影响空速对反应深度的影响空速空速温度温度组成，组成，%入口入口热点热点进口进口CO出口出口COX%600024036566.746.620.6500024042667.736.333.4350022047267.727.646.4 当水当水/气不变时，随着空速的增加（即催化剂装量减少），出口气不变时，随着空速的增加（即催化剂装量减少），出口CO含量也增含量也增加但床层热点温度下降，若控制出口加但床层热点温度下降，若控制出口CO为为46.6%时，空速要增加到时，空速要增加到6000 h-1 3.6结论结

28、论（1）通过）通过控制反应的水控制反应的水/气和控制催化剂的装填量气和控制催化剂的装填量均能均能达到控制反应深度的目的。达到控制反应深度的目的。（2）当采用控制催化剂装量来控制反应深度时，如果采）当采用控制催化剂装量来控制反应深度时，如果采用高水用高水/气流程，气流程，由于由于CO和水的双重影响，和水的双重影响，反应会更反应会更加剧烈，单位体积催化剂温升会更大，加剧烈，单位体积催化剂温升会更大，因此一段催化因此一段催化剂的用量必须剂的用量必须计算准确计算准确，并且其富余量一定要在工艺，并且其富余量一定要在工艺条件的可调范围内。条件的可调范围内。（3）模拟试验的结果表明，）模拟试验的结果表明，通

29、过控制水通过控制水/气和催化剂的气和催化剂的装量装量，都可以达到控制反应深度并能得到希望的气体都可以达到控制反应深度并能得到希望的气体组成的目的。组成的目的。4 设计思路、动力学模拟计算、工设计思路、动力学模拟计算、工艺指标的确定和技术优势艺指标的确定和技术优势41低水低水/气流程的设计思路气流程的设计思路 通过控制工艺气中的通过控制工艺气中的水水/气比气比，来控制，来控制反应的平反应的平衡衡，进而控制，进而控制第一反应器变换反应的深度和床层第一反应器变换反应的深度和床层的热点温度，的热点温度，达到在热点温度较低的条件下，即达到在热点温度较低的条件下，即在不发生在不发生甲烷化副反应甲烷化副反应

30、的前提下，将高浓度的前提下，将高浓度COCO部部分变换，使分变换，使高高COCO浓度浓度“ShellShell粉煤气化工艺粉煤气化工艺”能在能在低水低水/气的条件下实施的目的。气的条件下实施的目的。4.2 广西柳州化工股份有限公司合成氨装广西柳州化工股份有限公司合成氨装置置 动力学模拟计算动力学模拟计算 采用采用4.0MPa“Shell”粉煤气化制气、粉煤气化制气、3.7MPa耐耐硫变换、甲烷化净化工艺、年产硫变换、甲烷化净化工艺、年产30万吨合成氨的生万吨合成氨的生产装置。由于后续少量产装置。由于后续少量CO气体的脱除采用的是甲烷气体的脱除采用的是甲烷化方法，要求最终变换气体出口的化方法，要

31、求最终变换气体出口的C O含量不高于含量不高于0.63%，因此必须采用，因此必须采用多段变换才能达到工况指标多段变换才能达到工况指标的要求的要求。类别类别温度温度组成，组成，%床层高度床层高度m装量装量m3入口入口热点热点COCO2H2工业工业0049.816.432.700装置装置206382.30.756.8206448.610.2338.3350.481.3011.8动力学动力学0049.816.432.700模拟模拟206379.823.121.344.60.756.8206443.410.3238.4250.391.3011.84.1 动力学方程的校正动力学方程的校正 表表14.兖矿

32、国泰工业数据与兖矿国泰工业数据与动力学模拟结果动力学模拟结果对比对比 动动力力学学计计算算的的结结果果与与工工业业实实际际运运行行情情况况基基本本相相同同，这这说说明明用用工工业业数数据据校校正正后后的活性系数是合理的，的活性系数是合理的，可以准确地计算出催化剂的装填量。可以准确地计算出催化剂的装填量。4.3 低水低水/气工艺流程及指标气工艺流程及指标 表表20 变换工序工艺参数汇总变换工序工艺参数汇总反应器反应器温度温度水水/气气CO，%(干基干基)实际实际量量M3计算计算量量M3入口入口热点热点入口入口出口出口1#上层上层200-230390390 0.18-0.3061-6442-504

33、2-5015151#下层下层200-230390390 0.10-0.2042-5042-5027-3227-3215152#210-2303803800.35-0.5027-3227-326.-9.06.-9.034324#5#210-230190-200280280 220220 0.35-0.450.39-0.486.-9.06.-9.01.51.51.51.50.630.63323837384、3低水低水/气工艺流程及指标气工艺流程及指标由表由表20可见，确定的低水可见，确定的低水/气流程中的第一气流程中的第一段和第二段反应的水段和第二段反应的水/气最高值不超过气最高值不超过0.30,

34、各段最高水各段最高水/气不超过气不超过0.5，入口温度不超，入口温度不超过过250,床层的热点温度不超过床层的热点温度不超过390，各，各段出口段出口CO指标分配合理指标分配合理,最终最终CO出口小于出口小于0.63%，是一种水是一种水/气和温度都较低的变换气和温度都较低的变换工艺流程。工艺流程。高水高水/气工艺流程的特点气工艺流程的特点该流程的特点是先使该流程的特点是先使部分或全部气体部分或全部气体通通过第一反应器，在第一反应器的入口添过第一反应器，在第一反应器的入口添加了大量的蒸汽，通常使水加了大量的蒸汽，通常使水/气达到气达到1.1以上，使其进行以上，使其进行深度变换，深度变换，然后再与

35、未然后再与未反应的气体混合，达到一定的反应的气体混合，达到一定的CO浓度后浓度后继续进行后续的变换。继续进行后续的变换。高水高水/气工艺流程的问题气工艺流程的问题 高水高水/气流程虽然可以抑制甲烷化副反气流程虽然可以抑制甲烷化副反应应,由于由于CO浓度和水浓度和水/气都高气都高，反应的推，反应的推动力大，一段催化剂的装量只要有少量动力大，一段催化剂的装量只要有少量的变化，就会明显影响反应的深度进而的变化，就会明显影响反应的深度进而影响床层的热点温度，影响床层的热点温度，造成床层温度不造成床层温度不好控制的结果。好控制的结果。高水高水/气工艺流程的问题气工艺流程的问题 实践证明有些厂在开车的初期

36、，由于实践证明有些厂在开车的初期，由于负荷较低负荷较低或者由于或者由于催化剂装填的余量催化剂装填的余量较较大，第一反应器出现了超温现象，为了大，第一反应器出现了超温现象，为了降低反应器的温度，第一反应器的水降低反应器的温度，第一反应器的水/气气都提高到都提高到1.3以上。以上。高水高水/气工艺流程的问题气工艺流程的问题 这样不仅这样不仅造成能量造成能量的浪费，而且由于一的浪费，而且由于一段催化剂处于高水段催化剂处于高水/气和高温的苛刻条件气和高温的苛刻条件下运行，下运行，使催化剂更换频繁使催化剂更换频繁,影响正常生影响正常生产产。对于原料气中硫含量低的工厂，还会因对于原料气中硫含量低的工厂，还

37、会因为高温和高水为高温和高水/气出现气出现反硫化现象反硫化现象。4.3 低水低水/气流程的技术优势气流程的技术优势 （1）采用低水气流程，第一变换炉可以）采用低水气流程，第一变换炉可以不不加蒸汽或添加很少的蒸汽，加蒸汽或添加很少的蒸汽，在温和的条件在温和的条件下，就可以将高下，就可以将高CO含量的工艺气变换到含量的工艺气变换到与德士古气化相近的气体组成，与德士古气化相近的气体组成，充分利用充分利用了壳牌废锅流程原料气了壳牌废锅流程原料气/水含量低节能的水含量低节能的特点，特点，明显减少蒸汽的用量，并节省设备明显减少蒸汽的用量，并节省设备投资，有显著的经济效益。投资，有显著的经济效益。4.3 低

38、水低水/气流程的技术优势气流程的技术优势（2）低水气流程是）低水气流程是通过控制反应的水通过控制反应的水气气来控制床层反应的深度，进而控制来控制床层反应的深度，进而控制床层的热点温度，因此控制手段较高水床层的热点温度，因此控制手段较高水/气流程合理、灵活和方便，气流程合理、灵活和方便，有利于装置有利于装置的长周期平稳操作，催化剂的寿命也会的长周期平稳操作，催化剂的寿命也会更长。更长。4.3 低水低水/气流程的技术优势气流程的技术优势（3）由由于于水水气气低低，因因此此工工艺艺气气的的露露点点温温度度也也低低，可可以以降降低低反反应应器器入入口口温温度度，在在达达到到同同样样转转化化率率的的前前

39、提提下下，床床层层的的热热点点温温度度也也低低，发发生生甲甲烷烷化化副副反反应应的的可可能能性性小小。同同时时由由于于入入口口温温度度较较低低，可可以以省省掉一台换热器，减少设备投资。掉一台换热器，减少设备投资。4.3 低水低水/气流程的技术优势气流程的技术优势（4）由于）由于水水/气和热点温度都低气和热点温度都低，对原料气，对原料气中的硫化氢含量的要求也低，因此，中的硫化氢含量的要求也低，因此，原料煤原料煤的选择范围较宽。的选择范围较宽。（5）在低温和低水）在低温和低水/气的条件下，可以选气的条件下，可以选用低温活性好的国产用低温活性好的国产QDB-04催化剂，该催催化剂，该催化剂化剂价格较

40、高水价格较高水/气流程低气流程低，可以明显减少，可以明显减少装置初始开车费用，装置初始开车费用，降低装置运行成本。降低装置运行成本。5.在广西柳州在广西柳州“Shell”粉煤气化合成氨粉煤气化合成氨装置上的应用装置上的应用 广西柳州化工股份有限公司合成氨改造工程广西柳州化工股份有限公司合成氨改造工程的变换装置，选用的变换装置，选用低水低水/气变换工艺气变换工艺并全部使用并全部使用QDB型型耐硫变换催化剂。该装置由中石化公司耐硫变换催化剂。该装置由中石化公司兰州设计院设计，兰州设计院设计，于于2006年年11月月21日日，该公司，该公司完成完成5段共计段共计129m3催化剂硫化工作，催化剂硫化工

41、作，2007年年1月月9日日气化炉点火成功，气化炉点火成功，1月月12日变换工段接气日变换工段接气成功，成功，1月月13日转入正常生产。日转入正常生产。5.6.4 工业运行数据汇总工业运行数据汇总 表表29 变换工序运行工艺参数汇总变换工序运行工艺参数汇总反应器反应器温度温度水水/气气添加的水添加的水/气气CO，%(干基干基)实际量实际量M3入口入口热点热点入口入口出口出口1#上层上层200-230390390 0.18-0.300-0.1061-6442-5042-50151#下层下层200-230390390 0.10-0.200.02-0.0542-5042-5027-3227-3215

42、2#210-2303 380800.35-0.500.34-0.4827-3227-326.-9.06.-9.0344#5#210-230190-2002 28080 222020 0.35-0.450.39-0.48 0.20-0.3006.-9.06.-9.01.51.51.51.50.630.6332385.6.4 工业运行数据小结工业运行数据小结（1）第一变换炉可以不）第一变换炉可以不加蒸汽或添加很少的蒸汽，加蒸汽或添加很少的蒸汽，第一段反应器的水第一段反应器的水/气为气为0.18-0.26，床层的热点，床层的热点温度小于温度小于390，无甲烷化副反应的发生无甲烷化副反应的发生。（2）

43、在低水）在低水/气流程中，各段水气流程中，各段水/气的最高值不气的最高值不超过超过0.50,各段的床层热点温度不超过各段的床层热点温度不超过400,反反应条件温和平稳。应条件温和平稳。5.6.4 工业运行数据小结工业运行数据小结（3）各段出口）各段出口CO指标分配合理指标分配合理,出口指标出口指标平均小于平均小于0.60%，完全能，完全能满足满足0.63%的设的设计指标的要求。计指标的要求。(4)运行结果与动力学计算结果运行结果与动力学计算结果基本相基本相同同,表明表明QDB-04动力学方程式动力学方程式可以较准可以较准确进行动力学计算和指导工业生产。确进行动力学计算和指导工业生产。6.推广应

44、用前景及经济社会效益推广应用前景及经济社会效益6.1在在煤制氨煤制氨项目中使用的节能效果项目中使用的节能效果 根据广西柳州的工业运行统计数据，变换系统总根据广西柳州的工业运行统计数据，变换系统总的水的水/气为气为1.2左右，原料气带入的左右，原料气带入的水水/气为气为0.2左右左右,添添加蒸汽的水加蒸汽的水/气为气为0.6左右左右，其余大约，其余大约0.4水水/气气为淬水为淬水补充。而其余补充。而其余4家家1.3的水的水/气均为一次性补充蒸汽，气均为一次性补充蒸汽，因此与高水气流程相比，低水因此与高水气流程相比，低水/气流程至少降低气流程至少降低0.7的的水水/气。气。6.1在在煤制氨煤制氨项

45、目中使用的节能效果项目中使用的节能效果(1)节省蒸汽的用量节省蒸汽的用量 如果按年产合成氨如果按年产合成氨30万吨计算，干气量按万吨计算，干气量按81862 Nm3/h计算，则节省蒸汽为：计算，则节省蒸汽为：818620.7=57303.4Nm3/h=46.05t/h。若年生产时间为若年生产时间为330天，则年节省蒸汽为：天，则年节省蒸汽为：46.0524330=364716吨吨 若每吨蒸汽按若每吨蒸汽按130元计，则年经济效益为：元计，则年经济效益为：364716130=4741.3万元万元/年年6.1 在在煤制氨煤制氨项目中使用的节能效果项目中使用的节能效果 (2)节省催化剂费用节省催化剂

46、费用 高水高水/气流程的第一二反应器都是采用价格昂贵的气流程的第一二反应器都是采用价格昂贵的进口催化剂，柳州第一二反应器催化剂装量为进口催化剂，柳州第一二反应器催化剂装量为64 m3，每每m3进口进口K8-11催化剂按催化剂按22万元万元计，国产计，国产QDB-04催催化剂为化剂为8.8万万/m3,则采用国产则采用国产QDB-04催化剂可节省费催化剂可节省费用为：用为：64（22-8.8）=844.8万元万元。催化剂使用寿命按催化剂使用寿命按2年计，则年经济效益：年计，则年经济效益：422.4万元万元/年年。6.1在在煤制氨煤制氨项目中使用的节能效果项目中使用的节能效果 一个年产一个年产30万

47、吨合成氨年经济效益万吨合成氨年经济效益:409.2+4741.3=5150.5万元万元/年年 节省一台节省一台75吨的锅炉，因此可节省一吨的锅炉，因此可节省一次性投资大约次性投资大约1000万元万元。6.推广应用前景及经济社会效益推广应用前景及经济社会效益合成氨总效益合成氨总效益：在引进的在引进的17套套“Shell”粉煤气化装置中，有粉煤气化装置中，有9套套进进行合成氨生产行合成氨生产,在在9套制氨装置之中，除湖北双环年生套制氨装置之中，除湖北双环年生产能力产能力18万吨外，其他合成氨生产能力多为万吨外，其他合成氨生产能力多为45万吨万吨/年，若都以柳州年，若都以柳州（30万吨万吨/年）年）

48、为计算基准进行保守为计算基准进行保守统计，则在煤制氨项目中总效益：统计，则在煤制氨项目中总效益：节省一次性投资节省一次性投资10009=9000万元万元 年经济效益为年经济效益为:5150.59=46354.5万元。万元。6.2 在在煤制甲醇煤制甲醇项目中使用的节能效果项目中使用的节能效果(1)省掉变换反应器、淬冷器、分离器各一省掉变换反应器、淬冷器、分离器各一台台 目前采用目前采用“Shell”粉煤气化耐硫变换工艺进行甲粉煤气化耐硫变换工艺进行甲醇生产的装置，主要采用醇生产的装置，主要采用三段深度耐硫变换三段深度耐硫变换、配气配气生产甲醇的高水生产甲醇的高水/气配气变换工艺。气配气变换工艺。

49、本研究开发的低水本研究开发的低水/气流程气流程只需要只需要两段耐硫变换两段耐硫变换即即可以完成可以完成,可以省掉可以省掉变换反应器、淬冷器、分离器变换反应器、淬冷器、分离器各一台。各一台。及其与系统连接的管线，简化流程操作，及其与系统连接的管线，简化流程操作，减少故障点，可节约设备及管线一次性投资至少减少故障点，可节约设备及管线一次性投资至少 400 万元左右。万元左右。6.2在在煤制甲醇煤制甲醇项目中使用的节能效果项目中使用的节能效果(2)省掉省掉换热器换热器一台一台 在高水在高水/气流程中，由于原料气流程中，由于原料气水气水/气高，相气高，相应的露点温度应的露点温度也高并且由于选用进口催化

50、剂也高并且由于选用进口催化剂（该催化剂的不仅价格昂贵而且（该催化剂的不仅价格昂贵而且起活温度也高起活温度也高），因此，进入第一反应器以前，一般要使用，因此，进入第一反应器以前，一般要使用2台换热器才能满足要求。台换热器才能满足要求。(2)在在煤制甲醇煤制甲醇项目中使用的节能效果项目中使用的节能效果(2)省掉省掉换热器换热器一台一台 在低水在低水/气流程中，第一变换炉由于水气流程中，第一变换炉由于水/气气低，露点温度也低，因此第一反应器可以在低低，露点温度也低，因此第一反应器可以在低的入口温度下操作并选用国产的入口温度下操作并选用国产QDB-04催化剂。催化剂。该催化剂具有优良的低温活性，一般该