CO变换反应器超温的工艺控制探讨.pdf

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1、第43卷第4期煤化工Vo1．43No．42015年8月CoalChemicalIndusAug．2015CO变换反应器超温的工艺控制探讨朱博斐(航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃兰州730010)摘要化肥厂采用高cO含量的原料气，在开车过程中，变换反应难以控制，第一反应器很容易出现超温的情况。介绍了反应器超温的几种控制方法：增大进入床层的气量、缩短原料气与催化剂的接触时间、改变催化剂装填方式，并介绍了各控制方法的设计思路，通过计算，得出了各方法的基本参数。各控制方法并不是完全独立的，通常在开车阶段需要相互配合使用。关键词c0变换，反应器，控制，床层温度，催化剂，开车文章编号：10

2、05—9598(2015)一04—0071—04中图分类号：TQ546文献标识码：B1概述表1原料气组成及各组分的定压热容航天炉HT-L粉煤加压气化原料气具有高水气比、高C0等特点，某些煤种的原料气中C0体积分数高达70％，水气比高达1．1。由于水气比和c0含量都很高，增加了耐硫变换系统的负荷，变换反应深度难以控制，在开车过程中，极易因过度反应而出现绝热反应器超温现象。尤其是较低负荷开车时，反应器超温问题更加严重。在山东某化肥厂，首次开车时第一反CO变换反应温度()与平衡常数(K)之间的关系应器床层温度达到了500℃；河南新乡某甲醇厂首次式有很多，但下面计算式[”使用比较多：lgKp=21

3、85／T-开车时第一反应器温度一度超过了温度计的量程范0．1102lgT+0．6218×10一。1．0604×10一T一2．218。围(550℃)。以上情况中，反应器的床层温度已经超经计算，500℃时，c0变换反应平衡常数为5．1，过了催化剂的使用温度和设备的设计温度，是不允许C0的转化率为0．784。反应达平衡时，变换气组成及长时间持续的。针对变换工段第一反应器在开车时容各组分的定压热容列于表2。易超温的情况，通过几种控制方法，可以有效地控制表2变换气组成及各组分的定压热容反应器的床层温度，并且这几种方法在以上两厂已经得到了成功的应用。募％定kJ黧,(kmol'K)2相关基础数据HzO(

4、g)29．0938．4337．805CO6．7831．7131．342c0变换反应是放热反应[1]，反应热的绝对值随温度H。35．2929．5529．459的升高而减少。为计算方便，反应热取值简化为25℃～C0。28．5351．O050．0780．2231．2530．907500℃范围内平均值：Q39kJ／mol。250℃时山东其他0．09一一某厂原料气组成见表1。收稿日期：2015⋯0315作者简介：朱博斐(1981一)，男，甘肃白银，工程师，硕士，2005年本科毕业于北京化工大学生物化工专业，现从事原料气净化的工艺设计工作，E-mail：buctzhubofei@163．tom。一72

5、一煤化工2015年第4期3CO变换反应器超温的控制方法n2=n1n3(5)AH1+△+△日3_△日2(6)3．1增大进入床层的气量将(1)～(5)带人(6)有：有效气进入反应器内，在催化剂的作用下，反应nl×C(混合，250℃)XaT,+n×Qm×C(M)×．放出大量的热；当一氧化碳转化率比较高时，就会使AT~-n2XC⋯(混合，450℃)X△得变换气的温度过高，导致反应器床层温度过高，出即：100×33．41X(250-25)+25．11x39000+x现超温现象。假设反应热不变的情况下，通过增大进29．155×(8025)=(100+m)×37．87×(450—25)入床层的气量，使得

6、床层温度下降是一种有效的防止求解得出：n=8．387kmol／h。超温的办法。该结果说明100kmol／h变换原料气需要加入3．1．1反应器前设置惰性气体管线8．387kmol／h中压氮气，才可从500℃降至450℃。通常所用惰性气体主要有高压c0和中压N，在开车阶段，原料气气量按照4500kmol／h计：合成氨厂一般都有中压N，以下将以中压N为例，探则所需中压氮气量为：n=X4500／100=8．387×讨惰性气体对反应温度的作用和影响。4500／100=377．42kmol／h为了简化计算，做以下规定：中压N的温度为80℃，工况体积流量为：(N2)=nT／P=377．42×10×原料气

7、进口温度为250℃，反应器床层温度500℃，8．314X(273+80)／(4．5x10)=246．15m。／h反应器为绝热反应器，变换反应热按Q．m=39kJ／mol计计算出工况下中压氮气的体积流量为246．15m。／h，算，忽略加入的氮气对反应深度和速率的影响。允许20％的设计裕量，则按照体积流量为295m3／h，按以反应器为衡算对象，对其进行物料衡算和能量照流速为15m／s计算管径，输送中压氮气的管径为衡算，进出反