合成氨變換工藝誕生于1913年,至今已跨越百年。該工藝主要用于一氧化碳與水蒸汽在催化劑上進行變換反應,生成氫氣和二氧化碳。歷經由常壓改加壓;由高溫變換變中、低溫變換;催化劑由鐵鉻系、銅鋅系轉成耐硫鈷鉬系,由低CO多段絕熱變換到高CO多爐變換;為穩(wěn)定運行、降低能耗等大量探索與實踐,是目前在以煤為主要原料,進行變換反應的主要生產工藝,目前仍廣泛應用于煤制氣、煤制油、煤制天然氣、煤制乙二醇等化肥、化工行業(yè)。
湖南安淳自主研發(fā)的等溫變換工藝是變換工藝的創(chuàng)新,該工藝將換熱器置于反應器催化劑床層,通過副產蒸汽的方式移去反應熱,保持催化劑床層低溫、恒溫反應,省去多個變換爐和換熱設備,大大縮短了流程。該工藝采用了先進的全徑向變換技術,系統(tǒng)阻力大幅度減少;變換反應溫度可通過蒸汽壓力靈活調節(jié),操作簡單。同時,由于設備臺數(shù)減少,占地面積少,裝置投資也大大降低。豐喜臨猗是最早進行等溫變換工藝工業(yè)化實踐的合成氨廠家之一,在等溫變換工藝工業(yè)化生產實踐中,做到了催化床溫度低、平面溫差小,進口一氧化碳含量45%-48%的情況下,出口一氧化碳含量0.4%~0.6%,極大提高了一氧化碳的轉化率,一個變換爐一步到位,能效比突出,典型示范作用明顯,這也是等溫變換技術在陽煤豐喜召開的主要原因。
中石化巴陵公司、中海油、內蒙古錫林河、山西陽煤、山西晉煤等來自全國40余家的化肥化工企業(yè)及工程公司近百名代表參加會議。會議考察了應用現(xiàn)場,簡要回顧了變換技術的歷史演變,重點就湖南安淳公司研發(fā)的等溫變換技術能耗低、流程短、變換率高的歷史性貢獻進行了總結,提出了進一步發(fā)展和推廣應用的方向。
傳統(tǒng)合成氨生產使用固定床間歇氣化工藝,半水煤氣中一氧化碳含量在30%左右,一氧化碳變換多采用中低低、中串低、全低變流程工藝,多段反應、多次換熱調節(jié)溫度的方式,流程相對復雜、熱損失大、蒸汽消耗高、設備投資大。隨著化肥工業(yè)的發(fā)展,合成氨裝置大型化已經成為國內外的主流趨勢,目前全國年產30萬噸以上的合成氨企業(yè)已經有80多家,大型合成氨系統(tǒng)造氣多采用航天爐、殼牌水煤漿爐等氣化技術,氣化粗煤氣中一氧化碳含量在50%~76%,高濃度一氧化碳、高硫分使傳統(tǒng)變換技術已不能適應大型合成系統(tǒng)的工藝要求。而湖南安淳公司研發(fā)的CO等溫變換工藝的精髓在于:大型化、高CO含量、高熱回收率(全部反應熱產生3.7MPa蒸汽),一爐一段深度變換,CO即降至0.4%~0.6%,達到工藝要求,且反應溫只260℃。真正簡化了流程、降低了系統(tǒng)阻力、提高了變換率和有效能的利用率、減少了系統(tǒng)投資,實現(xiàn)了變換工藝歷史性的新突破,能滿足大型化肥生產節(jié)能與環(huán)保的要求,推廣應用社會經濟效益顯著。