变换反应器技术进展

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1、2012年2月Feb.2012第35卷第1期LargeScaleNitrogenousFertilizerIndustryVol.35No.1变换反应器技术进展田旭，曹志斌，汪旭红（航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃兰州730050）摘要：对合成氨变换装置中使用的几种变换反应器进行了分析和比较，论述绝热固定床反应器压力降产生的原因及影响因素，分析轴径向变换反应器较之于轴向变换反应器的优势。由于等温变换反应器自身的优点，在今后将有极好的应用前景。关键词：变换反应器轴向轴径向等温合成氨生产需要的原料气是H2和N2，而粗

2、煤式。气中含有大量的CO，某种粉煤加压气化工艺制得的粗煤气中干基CO含量高达70％，需要将其与H2O反应转化成H2和CO2。一氧化碳变换是粗煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，在变换反应器中与水蒸气反应，生成二氧化碳和氢气的工艺过程。通过变换反应既除去了一氧化碳，又得到了制合成氨的原料气氢和尿素加工的原料气二氧图1单一可逆放热反应三段间接换热式操作状况化碳［1］气体通过绝热固定床反应器时要产生压力。因此，一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续过程。降，主要来自两方面：①由于颗粒的粘滞拽力，即变换反应属强放热

3、反应，且是一个热力学控气体与颗粒表面间的摩擦；②由于气体流动过程制的过程，工业上变换装置多采用绝热固定床反中孔道截面积突然扩大和收缩，以及气体对颗粒应器。绝热固定床反应器是化学工业和石油化工的撞击及气体的再分布而产生。在低流速时，压力中应用最广泛的核心装置，变换装置中的轴向反降主要是由于表面摩擦而产生，在高流速及薄床应器和轴径向反应器都属于此类。层中流动时，扩大、收缩则起着主要作用。影响绝热固定床反应器压力降的因素有两方1绝热固定床反应器面：一方面是由于气体本身的特性，如气体的黏绝热固定床反应器如不考虑热损失，则近似度、密度

4、等物理性质和气体的质量流率；另一方面认为与外界不换热，对于可逆放热反应，依靠本身是由于床层的特性，如床层的高度和流通截面积、放出的反应热而使反应气体温度逐步升高。催化床层的空隙率、颗粒的物理特性（包括粒度、形状、剂床层入口气体温度高于催化剂的起始活性温表面粗糙度等）［2］。对于变换装置来说，在气体组分度，而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。对于和催化剂都不变的条件下，影响床层压力降的因绝热温升较小的反应，可用单段绝热催化床，如果素主要在于床层本身。也就是说，采用轴向反应器单段绝热床不能适应要求，则可采用多段绝热床。还是轴径向

5、反应器，会影响到整个变换装置的压图1是可逆放热单反应三段间接换热式的操作状收稿日期：2011－10－26。况，因此在转化率—温度图上有平衡曲线和最佳作者简介：田旭，男，1984年出生，工程师，2008年毕业于天温度曲线。变换工艺在流程设置上的基本原理类津大学工业催化专业，硕士，从事煤化工工程设计工作。联系电话：似于此图，均采用多段绝热床反应、多次换热的方0931－2662129；E－mail：tianxu．2008＠hotmail．com。142012年第35卷力降。径向反应器设计已经实现国产化，轴径向反应器在新建项目上的应

6、用也越来越多。2轴向变换反应器3．1轴径向变换反应器的特点传统的变换反应器为轴向变换反应器。轴向变换气进入轴径向变换反应器后，沿着筒体变换反应器是工业中应用最早、最广泛、也最成熟和内件边缘分布，绝大部分气体均匀的沿着外分的变换反应器。在轴向反应器中，流体轴向通过催布器径向穿过催化剂床层，最后汇集于中心管送化剂床层，轴向返混小，流体分布装置结构简单，出，使反应流体通过催化剂的距离缩短，阻力降减但流体通道受设备横截面的限制，一般流通面积小，同时降低了催化剂段变换炉壳体的温度，具有较小，床层压降较大，同时对催化剂的强度要求也高效、

7、节能、安全等特点。这种结构特点使得轴径较高。向变换反应器有如下优点：①入口流速降低，减少在轴向变换反应器中，流体流速大，为保证变了对入口催化剂颗粒的冲刷，使其不易粉化，并且换反应，所需的催化剂装填量较多，催化剂床层较入口流通面积增加，催化剂床层的粉尘容纳能力高，催化剂颗粒较大，因此其活性较低，床层压力显著增加，使床层阻力上升变慢；②大约90％气体降就较大。而且残余CO的增加将大大增加合成氨为径向流，流动方向与重力方向垂直，可避免偏流的能耗（采用醇烷化净化），或造成原料的损失（双和短路，由于气体均匀穿过床层，对催化剂的影响洗净

8、化）。为防止床层阻力上升，通常在床层入口均匀，没有轴向流上层催化剂易结块或粉化的问采用大颗粒催化剂或活性较低的催化剂，以减少题；③可采用小颗粒催化剂，降低催化剂内扩散阻反应沉积物的生成。图2为典型的轴向变换反应力，比表面更大，活性更好，接触面积大，寿命更器简图。长，在同样装量下可提高生产能