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氧化亚氮减排技术的选择
李香梅
【期刊名称】《中氮肥》
【年(卷),期】2010(000)006
【摘要】@@ 目前安徽淮化集团公司共有4套硝酸装置(1#～6#生产线,其中有2条生产线2006年底建成),N2O治理前硝酸尾气排放总量约为220 000m3/h,尾气中N2O的含量为(700～850)×10-6,N2O排放总量为2 820 t/h.由于N1O的温室效应系数为310(1 t N2O相当于310 tCO2),因此硝酸尾气作为废气直接排人大气对地球温暖化影响较大.
【总页数】3页(P28-30)
【作者】李香梅
【作者单位】安徽理工大学,安徽淮南232001;安徽淮化股份有限公司,安徽淮南232038
【正文语种】中文
【中图分类】X781.3
【相关文献】
1.“造纸纤维组分的选择性酶解技术及其应用”项目创新生物技术在造纸节能减排中的应用 [J], 刘俊杰
2.硝酸装置氧化亚氮三级减排技术及应用 [J], 柯宇;安明
3.浅谈化工行业节能减排新技术和战略选择 [J], 张杰;杨恒;刘妍
4.福建省异质性产业节能减排的绿色技术路径选择 [J], 张新红;杨静怡
5.专家解读:技术创新推动节能减排纯电动并非唯一选择 [J],
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航天炉粉煤加压气化装置原始开车总结张洪刚(安徽昊源化工集团有限公司ꎬ安徽阜阳㊀２３６０００)㊀㊀摘㊀要:对航天炉粉煤加压气化装置在安装㊁试车及开车过程中出现的问题进行了总结ꎬ主要从装置优化㊁质量控制㊁人员培训㊁安全控制几个方面进行了介绍ꎬ并提出了改进措施ꎮ㊀㊀关键词:航天炉ꎻ质量控制ꎻ长周期运行㊀㊀中图分类号:ＴＱ５４６㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:２０９６￣３５４８(２０２１)０４￣００３７￣０３㊀㊀ＤＯＩ:１０.１９９１０/ｊ.ｃｎｋｉ.ＩＳＳＮ２０９６￣３５４８.２０２１.０４.０１２㊀㊀近几年来ꎬ我国煤化工行业发展速度越来越快ꎬ传统的固定床工艺已经不能适应行业的发展要求ꎬ高产能㊁低能耗㊁自动化程度高的新型煤化工工艺已经成为煤化工行业的主流[１]ꎮ安徽昊源化工集团有限公司年产５０万ｔ二甲醚项目ꎬ采用了拥有国内自主知识产权的航天炉粉煤加压气化装置[２]ꎬ配套２台气化炉ꎬ该项目于２０１８年５月全面建成ꎬ并一次性投产成功ꎬ随后顺利完成装置性能考核ꎻ目前ꎬ该装置运行稳定ꎬ各项指标均达到同行业先进水平ꎮ１㊀流程介绍航天炉粉煤加压气化工艺是一种以干煤粉为原料ꎬ采用激冷流程生产粗合成气的工艺ꎮ航天炉粉煤加压气化工艺采用了盘管式水冷壁气化炉ꎬ顶置式烧嘴ꎬ粉煤干法进料及湿法除渣ꎬ在较高温度(１４５０ħ)及压力(４.０ＭＰａ)下ꎬ以纯氧及少量水蒸气为气化剂在气化炉中对粉煤进行气化ꎮ航天炉粉煤加压气化工艺流程共分为４个单元ꎬ即磨煤及干燥单元㊁煤加压及进煤单元㊁气化及合成气洗涤单元㊁渣及灰水处理单元ꎮ１.１㊀磨煤及干燥单元磨煤及干燥单元采用辊式磨煤机磨煤ꎬ惰性气体发生器干燥的工艺方案ꎮ该单元每条线的处理能力为１００％的设计能力ꎬ采用２开１备的操作方式ꎮ原料煤被送入磨煤机研磨ꎬ并用来自惰性气体发生器的干燥热风进行干燥ꎬ经干燥后的粉煤进气化炉前的含水质量分数降至２％以下ꎮ１.２㊀煤加压及进煤单元煤加压及进煤单元采用锁斗方案对粉煤进行输送ꎬ实现了粉煤从低压到高压的连续输送ꎮ粉煤用高压二氧化碳进行加压和密相输送ꎮ粉煤在二氧化碳压力下ꎬ经粉煤进料的锁斗系统被输送到气化炉烧嘴ꎮ气化炉烧嘴共有３个粉煤通道ꎬ各粉煤通道的进煤量可以通过其管线上的流量测量及控制系统实现单独调节ꎮ１.３㊀气化及合成气洗涤单元气化及合成气洗涤单元采用气流床粉煤加压气化和激冷流程生产粗合成气ꎬ气化炉采用水冷壁结构ꎬ顶烧式单烧嘴ꎬ液态排渣ꎮ气化炉是一个在压力容器壳体内装有水冷壁的膜式壁反应器ꎮ粉煤在气化炉内与氧气在高温高压下发生部分氧化反应生成合成气(主要为ＣＯ＋Ｈ２)和液态渣ꎮ气化炉内的反应温度为１４５０ħꎬ压力为４.０ＭＰａꎮ炉内盘管水冷壁通过盘管内的锅炉水的强制循环ꎬ不但可以将粉煤部分氧化反应产生的部分热量回收ꎬ转化为中压蒸汽ꎬ而且可以有效降低承压壳体的温度ꎮ气化炉水冷壁产出的中压饱和蒸汽减压后送入厂内蒸汽管网ꎮ渣经激冷环及下降管被水激冷后ꎬ沿下降管导入激冷室水浴ꎬ熔渣迅速固化ꎬ合成气被水饱和ꎮ出气化炉的合成气再经文丘里洗涤器用水进一步润湿进入旋风分离器ꎬ大部分的灰被分离ꎬ带有少量细灰的粗煤气进入合成气洗涤塔洗涤ꎬ除去残余的飞灰ꎬ然后送入变换单元ꎮ激冷后固化的渣为琉璃状的颗粒ꎬ绝大部分迅速作者简介:张洪刚(１９８８ )ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ从事化工生产管理工作ꎻ１５６８８５７５９＠ｑｑ.ｃｏｍ沉淀ꎬ并通过渣锁斗系统定期排至捞渣机中ꎮ１.４㊀渣及灰水处理单元渣及灰水处理单元的主要作用是对气化炉㊁旋风分离器㊁合成气洗涤塔及渣池排出的灰水及渣锁斗排出的固渣进行初步处理ꎬ实现热量的回收和水的循环使用ꎮ锁斗送出的渣水经链式捞渣机脱水后ꎬ渣送出气化装置界区ꎬ分离出的灰水用渣池泵送至真空闪蒸罐ꎮ渣水单元采用三级闪蒸及汽提的工艺回收灰水的热量ꎬ同时清除灰水中的不凝气ꎬ采用沉降及板框压滤机过滤工艺回收灰水中的固体ꎮ经初步处理后的水大部分循环使用ꎬ一小部分送至厂内污水处理工段进行进一步的处理ꎬ起到平衡灰水中盐分的作用ꎮ２㊀装置优化(１)在两套真空闪蒸冷凝器进口闪蒸汽管线之间增加串联管线ꎬ当一套真空闪蒸冷凝器结垢严重需要检修时ꎬ可以把真空闪蒸罐来的闪蒸汽切换到另一套真空闪蒸冷凝器ꎬ通过安装盲板ꎬ对结垢的真空闪蒸冷凝器进行隔离ꎬ实现对真空闪蒸冷凝器的在线检修ꎮ真空闪蒸冷凝器结垢ꎬ将会影响真空闪蒸罐的操作压力ꎬ直接影响沉降槽的水温ꎬ从而导致黑水的絮凝沉降槽效果变差ꎬ水质恶化ꎬ增加水系统结垢的风险ꎮ(２)低压灰水泵到低压闪蒸汽提塔的管线与其他管线分开ꎬ以减小低压灰水管线阻力ꎮ进入低压闪蒸汽提塔的补水管线主要有低压灰水管线㊁蒸汽冷凝液管线㊁脱盐水管线ꎬ这些管线最初设计时最终并到一根总管上ꎬ然后再进入到低压闪蒸汽提塔ꎬ这样一来会造成相互之间形成背压ꎬ特别是装置运行一段时间后ꎬ管线存在结垢情况ꎬ将会进一步增加低压灰水管线阻力ꎬ严重时影响装置运行ꎮ(３)气化炉合成气出口折流挡板开口方向改为向下ꎬ可以防止积灰ꎮ合成气离开气化炉时不可避免地携带一些固体颗粒物ꎬ这些固体颗粒物在经过分离挡板时ꎬ会有部分沉积在挡板上面ꎬ长时间运行后ꎬ很容易造成挡板处大量积灰ꎬ导致气化炉阻力大ꎬ严重时ꎬ气化炉因压力高被迫停车检修ꎮ将分离挡板开口方向改为向下后ꎬ解决了合成气夹带的固体颗粒在分离挡板处的聚集ꎬ从而避免了合成气出口堵塞的问题ꎮ３㊀仪表控制气化装置开车ꎬ仪表的准确性非常关键ꎬ高准确性的仪表系统ꎬ对装置顺利开车会带来很大的便利ꎮ设备㊁管线安装结束后ꎬ仪表人员开始进行控制系统的组态工作ꎬ同时各个设备厂家来人进行调试ꎬ这是一个非常关键的时期ꎬ从系统开车经验来看ꎬ往往一个看视不起眼的测点就可能使整个系统不能正常开车ꎮ因此ꎬ在此阶段ꎬ要特别安排专人配合仪表人员对所有仪表测点进行排查ꎬ这项工作一直持续到开车ꎬ确保每一个阀门动作正常ꎬ每一个测点显示准确ꎮ与此同时ꎬ专门安排经验丰富的操作人员对逻辑程序㊁控制回路㊁操作画面进行全面排查ꎬ发现问题立即通知仪表人员处理ꎬ如果不能及时处理ꎬ应及时做好记录ꎬ避免遗忘ꎬ从而影响开车进度ꎮ气化装置开车前对仪表阀门进行了多次排查ꎬ发现个别阀门接线盒存在进水问题ꎬ主要原因是仪表桥架没有完全覆盖ꎬ甚至出现个别参与跳车的阀门气源管线松动的情况ꎬ这些阀门任何一个故障都会导致系统停车ꎬ因此ꎬ必须做好仪表接线盒防水及气源管线紧固工作ꎮ航天炉粉煤加压气化装置联锁点较多ꎬ且比较复杂ꎬ稍有不慎ꎬ就可能会因为人为原因导致气化炉停车[２￣３]ꎮ根据以往的事故案例ꎬ在现场凡是会直接或间接造成系统停车的测点㊁阀门全部挂上警示牌ꎬ防止因人为原因造成测点故障ꎮ开车后现场仍有外来施工人员作业ꎬ包括新进厂员工对现场不熟悉ꎬ就有可能触碰表联锁点ꎮ当现场挂上警示牌后ꎬ作业人员会主动远离这些位置ꎬ有效减少了意外事故发生的概率ꎮ４㊀质量控制４.１㊀吹除质量吹除质量直接影响开车质量ꎬ在试车阶段ꎬ发现个别调节阀无法正常动作ꎬ甚至险些造成系统停车事故ꎬ检查时ꎬ发现阀芯内部有焊渣等异物ꎻ磨煤系统开车期间也出现过液压站电磁阀卡异物的情况ꎬ导致液压系统出现故障ꎬ磨煤机被迫停车ꎮ因此ꎬ要严格把控管线吹除的质量ꎬ否则不仅会造成设备损坏ꎬ甚至影响整个生产系统的正常运行ꎮ４.２㊀安装质量项目开车是检验安装质量的最有效手段ꎬ项目试车阶段ꎬ暴露出的一系列问题ꎬ必须得到处理ꎬ否则将严重影响系统开车及正常运行ꎮ开车前检查并处理了以下问题:部分螺栓未紧固ꎬ个别高压系统法兰缺少螺栓ꎻ设备人孔临时垫片没有更换ꎬ如洗涤塔㊁旋风分离器等ꎻ高温高压设备管线采用石棉板垫片ꎬ石棉板垫片受热后容易泄漏ꎬ特别是使用石棉板垫片后螺栓未紧固到位ꎬ一旦泄漏将很难处理ꎬ这些都不利于装置长周期运行ꎮ系统开车后ꎬ伴热蒸汽管线出现多处泄漏ꎬ虽然不会影响到装置的正常运行ꎬ但是如果不能认真对待ꎬ开车后处理起来十分棘手ꎮ这些管线盘根错节ꎬ往往很难查找ꎬ为今后的工作增加了难度ꎬ使有限的人力物力不能集中在关键的维保工作上ꎬ继而造成工作的被动ꎮ因此ꎬ在条件允许的情况下ꎬ这些问题也应当引起足够的重视ꎮ４.３㊀设备质量项目开车后ꎬ出现多台设备故障的事故ꎮ如循环风机电机轴承故障㊁烧嘴冷却水泵出口止回阀不能正常回座㊁锅炉水循环泵电机振动大等ꎬ这些问题与设备本身质量有很大关系ꎮ设备因质量问题发生故障后ꎬ对生产系统造成了一定影响ꎬ同时维修设备也浪费了大量的人力物力ꎮ因此ꎬ设备采购应尽量选择优质供应商ꎬ特别是关键设备ꎬ条件允许的情况下ꎬ选用质量有保证的设备厂家ꎮ５㊀人员培训项目开车ꎬ所有工作的质量控制主要由操作人员㊁维修人员㊁管理人员负责ꎬ人员的业务水平对项目的顺利开车起到关键作用ꎬ业务水平薄弱ꎬ直接影响项目开车进度ꎮ所以ꎬ要求全体人员在熟悉管道及仪表(ＰＩＤ)流程图的基础上ꎬ熟练掌握开停车规程㊁事故应急预案等ꎬ同时不断深入现场进行学习ꎬ尽快熟悉现场ꎬ做到每一个设备㊁每一个阀门都能清楚地知道所处的位置ꎬ为开车做好准备ꎮ在系统调试及试车期间ꎬ因工作繁忙ꎬ也导致人员的疲惫ꎬ造成学习积极性不足ꎻ管理人员也因时间不足ꎬ缺少对工段成员的培训ꎬ特别是新员工的培训ꎬ主要交给师傅进行培训ꎬ培训效果不佳ꎮ在设备调试期间ꎬ对于出现的问题ꎬ如果相关人员没有吸取教训ꎬ可能在后续运行中再次出现类似问题ꎮ开车后ꎬ培训工作必须作为重点工作来开展ꎮ６㊀试车安全安全工作在试车期间是头等大事ꎬ试车在一定意义上讲比正式生产的危险因素还要多ꎬ试车人员因长时间脱离生产ꎬ大部分人的意识可能还停留在安装阶段ꎮ如机泵调试期间ꎬ如果设备发生故障ꎬ可能会出现电机电源在没有断掉的情况下ꎬ就通知维修人员进行维修ꎬ此时发生事故的概率就比较大ꎮ由于只是试车ꎬ操作人员对设备的维护意识可能还不够到位ꎬ当设备出现异常情况时未必能及时作出相应的应急处理ꎬ如试车期间机泵断密封水ꎬ未必能意识到密封水断流对机封的损害ꎮ新项目建成后ꎬ安全防护设施可能还不够齐全ꎬ甚至存在缺陷ꎬ发生人员伤害的概率就会提升ꎮ因此ꎬ应当高度重视安全工作ꎬ一方面严格按照规章制度进行作业ꎬ另一方面加强安全管理ꎬ提高安全意识ꎮ７㊀结语航天炉粉煤加压气化装置的投料试车ꎬ涉及到的专业较多ꎬ任何一方面控制不当ꎬ都可能导致装置试车的失败ꎬ处理不当甚至可能会出现安全事故ꎬ在当今安全高于一切的背景下ꎬ航天炉粉煤加压气化装置的安全运行更是不容出现任何闪失ꎮ所以ꎬ不断对装置进行优化ꎬ提高装置运行周期[４]ꎬ减少装置停车次数ꎬ避免或减少事故的发生ꎬ成为化工行业不断的追求ꎮ参考文献[１]㊀钱伯章.煤气化技术创新发展[Ｊ].化工装备技术ꎬ２０１７ꎬ３８(４):７.[２]㊀黄保才ꎬ童维风ꎬ任山ꎬ等.航天炉粉煤气化装置长周期稳定运行总结[Ｊ].中氮肥ꎬ２０１３(５):４￣６ꎬ６４. [３]㊀孙永才ꎬ任山ꎬ徐强.航天炉粉煤气化装置试车总结[Ｊ].中氮肥ꎬ２０１０(４):２２￣２３.[４]㊀屈政.四喷嘴对置式气化炉拱顶加高扩产增效改造实践[Ｊ].煤化工ꎬ２０１９ꎬ４７(４):４７￣４９.(收稿日期㊀２０１９￣１２￣１０)。
第5期2010年9月M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress No. 5 Sep. 2010德国伯托速度计在壳牌气化炉的使用刘国栋（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城476600）[中图分类号] TQ 546 [文献标识码]B [文章编号]1004 -9932（2010）05 - 0035 - 01l测量原理粉煤在气力输送过程中，颗粒之间互相碰撞、摩擦，产生静电，经过速度计时，引起静电场的波动，感应出一个电压信号；相邻的一些粉煤颗粒相继经过速度计，感应出一个电压波形（这个波形就像人体的指纹一样，具有独特性和唯一性）。
速度计内部有2个圆环电极，2个电极的距离是一定的，根据2个电极接收到同一信号的时间差，就能算得粉煤的流动速度。
2速度计失灵的原因探讨伯托速度计在我公司壳牌气化炉的使用过程中，多次出现速度指示不正常，绝大多数情况是操作运行条件不当所致。
主要影响因素有煤粉粒径过小、水分含量高、温度低等。
2.1粉煤粒径对速度计的影响粉煤粒径较小时，通过速度计所感应的电压也小。
速度计的检测电压在0.5—4 V范围内，若感应电压低于0.5 V，速度计将无法工作。
我公司煤气化装置刚开车时，要求粒径<90 ym的粉煤占比≥90%，小粒径粉煤量较大，实际感应电压不足0.5 V的情况较多，速度计时常不能正常工作。
后来将此指标改为70%~85%，提高了较大粒径煤的份额，有效减少了小信号电压的比率，使速度计的工作趋于稳定。
另外，粒径5 μm以下粉煤最容易产生0.5 V以下电压，从而导致速度计无法工作。
而我公司对粉煤的粒径控制恰恰缺少5μm以下粒径控制指标这一项。
2008年10月听从壳牌技术人员的意见，增加了此项控制指标，确保了速度计的[收稿日期] 2010 -03 -05[作者简介]刘国栋（1982-），男，本科学历，助理工程师。
正常工作，同时也有效地避免了微小粉煤形成黏灰。
2.2粉煤水分对速度计的影响壳牌气化装置要求粉煤的水分含量<2．O%，而要满足速度计的工作要求，粉煤水分含量应低于1. 0010。
第5期 2010年9月中 氮 肥M S ized N itrogenous Fertilizer Prog ress No 5Sep 2010脱硫系统堵塔的防止与处理令狐瓦奇,杨永杰,张永斌[山西阳煤丰喜肥业(集团)临猗分公司,山西临猗 044100][中图分类号]TQ 113 25+2[文献标识码]B [文章编号]1004-9932(2010)05-0021-02[收稿日期]2010 02 21 [修稿日期]2010 03 12[作者简介]令狐瓦奇(1973),男,山西运城人,工程师,山西阳煤丰喜肥业(集团)临猗分公司合成氨工艺厂长。
化工生产中的脱硫系统经常存在堵塔导致塔阻力上升较快,生产无法正常运行的情况,多数从事脱硫工作的人员甚至谈 堵!色变。
虽然现在许多脱硫催化剂厂家都讲,使用自己的产品无堵塔现象或者说可以延缓堵塔情况的发生,甚至还有专门的清塔剂,但是实际情况往往并非如此。
造成堵塔的原因较多,有工艺原因也有设备原因,应区别对待和处理。
笔者近几年专门对南方多家烧高硫煤的化肥企业进行了实地考察,总结了一些防止堵塔的经验供大家参考。
1 选择工艺成熟的催化剂产品湿法脱硫催化剂种类较多,目前广泛使用的产品主要分为栲胶系列、钛菁钴系列、栲胶与钛菁钴混用系列,以及改进后的络合铁系列等,仅钛菁钴系列便达几十种以上。
选择工艺成熟、使用广泛的催化剂产品是缓解堵塔的重要措施之一。
因为一种脱硫催化剂的研究、试用、经验总结不是一个简单的过程,而是要经历一个漫长的时间段来逐步对其进行改进并予以完善。
就拿析硫反应来讲,如果某种催化剂析硫反应较慢,那么必然导致副盐生成量增多,脱硫效率降低,设备腐蚀严重,进而堵塔。
例如:栲胶脱硫液中如果没有一定含量的 钒!,则析硫速度很慢,溶液吸收H 2S 的效果就差。
试验证明:溶液中偏钒酸盐的质量浓度为1 22g /L 时的析硫速度是不加钒时的4倍以上。
这说明了脱硫催化剂并不是简单的混合,所以选择要慎重。
第2期 2010年3月中 氮 肥M-Sized N itrogenous Fertilizer Prog ress No 12M ar .2010甲醇贫液泵中间轴承改进的尝试王清波(河南龙宇煤化工有限公司,河南永城 476600)[中图分类号]TH 311 [文献标识码]B [文章编号]1004-9932(2010)02-0053-02[收稿日期]2009-10-01 [修稿日期]2009-11-15[作者简介]王清波(1983)),男,河南三门峡人,助理工程师。
0 引 言河南龙宇煤化工项目中引进了大量的进口设备和先进技术,尤以荷兰的壳牌煤气化技术和气化炉为最。
由于河南龙宇煤化工公司的甲醇装置的净化和合成工序与上海焦化有限公司的基本相同,所以公司在建设初期安排技术人员去上海焦化有限公司实习。
上海焦化有限公司/三联供0工程是市府20世纪90年代的重大工程之一,工程中引进了大量的先进设备和先进技术,甲醇工区的甲醇贫液泵(P -104)就是其中的进口设备之一。
该泵在使用中多次发生中间轴承/咬死0,用常规方法检修多次,问题还是反复出现。
加上进口设备的零部件交货周期长,价格又贵,每次检修均要耗费5~10万元(修理了4次,耗资几十万元),而P -104泵又在生产中起着非常关键的作用。
如此重要的设备频繁发生故障,给企业生产带来了很大的不稳定因素。
所以对P -104泵的部分零部件进行国产化改进迫在眉捷。
本文就P -104泵中间轴承出现的故障进行分析,探讨对进口设备的改进尝试。
1 设备结构及主要技术参数P -104甲醇贫液泵在甲醇净化装置中用于输送脱除杂质(H 2S 、CO 2等)的甲醇贫液,共有2台,其结构如图1。
P -104泵采用水平剖分式结构,共7级叶轮,第1级为双吸叶轮,2~7级为单吸叶轮,其中2~4级与5~7级叶轮的安装方向相反,目的是平衡轴向力。
在4级与5级之间设置了中间轴承支承。
图1 P -104甲醇贫液泵结构P -104甲醇贫液泵属于典型的绕性轴多级离心泵,型号为UYD11-7s,t 额定流量273m 3/h ,扬程610m ,轴功率520k W,转速2988r/m i n ,介质温度4216e ,泵入口压力0166M Pa ,出口压力4167M Pa 。
中国氮肥工业协会推荐第2批氮肥行业振兴支撑技术
汪家铭
【期刊名称】《化肥工业》
【年(卷),期】2010(37)5
【摘要】2010年7月27日，中国氮肥工业协会在秦皇岛组织召开的“2007—2010年氮肥、甲醇行业技术进步奖评审会议”期间，对部分专家推荐和技术拥有单位自荐的7项技术进行评审并获得通过，成为第2批氮肥行业振兴支撑技术。
【总页数】1页(P18-18)
【关键词】中国氮肥工业协会;支撑技术;氮肥行业;技术进步;评审会;秦皇岛
【作者】汪家铭
【作者单位】川化集团有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】F426.7
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3.借“两会”东风展氮肥行业宏图——访中国石油和化学工业协会副会长、中国氮肥工业协会理事长潘德润 [J], 毛真
4.中国氮肥工业协会推荐第二批氮肥行业振兴支撑技术 [J], 汪家铭
5.16项先进适用技术被推荐为氮肥行业振兴支撑技术 [J], 汪家铭
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第3期2010年5月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressNo ，3May 2010换热式转化技术的发展及在国内的应用许斌(中国成达工程有限公司，四川成都610041)[摘要]介绍了国内外主要的换热式转化技术及发展情况，重点介绍了成达技术；同时总结了换热式转化技术在国内的应用情况。
[关键词】天然气；换热式转化；发展；应用[中图分类号] TQ 113. 26 [文献标识码JA [文章编号]1004 -9932(2010)03 -0001-06O 引言天然气的蒸汽转化是以天然气为原料制备合成气的基础。
目前大多数以天然气为原料的合成气装置通过燃料燃烧来为蒸汽转化供热，使用最多的是两段转化工艺：天然气／蒸汽混合气首先在一段转化炉内部分转化，然后再进入二段转化炉与空气或氧气混合燃烧，高温气通过催化剂床进一步转化后制得合成气。
在传统的两段转化工艺中，一段转化在600—800℃的温度下进行，通过转化管外的燃料燃烧供热，而二段转化炉出口约l 000℃的高温气用于产生300℃左右的高压蒸汽，从能量利用的角度看并不合理。
换热式转化工艺是20世纪80年代开始发展的一种有别于传统两段转化的新型合成气制备工【收稿日期] 2009.10-19【作者简介】许斌(1977-)，男，四川成都人，中国成达工程有限公司工艺开发室副主任。
艺。
在换热式转化工艺中，自热式转化炉出口的高温气首先向换热式转化炉中的转化反应供热，温度降低到700℃以下再用于产生蒸汽。
通过分级回收，废热的利用得到了优化。
由于用高温工艺气取代了燃料燃烧向转化反应供热，装置的燃料消耗被降至最低，从而大幅度节省了天然气消耗。
燃料消耗的降低也使装置烟气量相应减少，C02、NO ，的排放量得到大幅度降低。
由于上述优点，换热式转化的概念受到了广泛关注。
全球主要的合成气技术专利商均对其进行研究，并推出了自己的换热式转化工艺。
1换热式转化技术及发展情况1.1 GHR 工艺前I ．C ．I 公司所属的Synetix （2002年被Johnson Matthey 收购）在20世纪80年代开发了换热式转化炉GHR （Gas Heated Reformer ），并先后将其应用于合成氨装置与甲醇装置。
第1套采用GHR 工艺的合成氨装置于1988年5月在英．，．中氮肥第3期国Bristol开车成功，合成氨装置规模为450 t/d。
在GHR工艺流程中，换热式转化炉与自热式转化炉( ATR)串联运行。
其工艺流程如图1：脱硫后的天然气(压力4 MPa)按2.5:1的水碳比配人工艺蒸汽，预热后进人换热式转化炉的转化管进行转化反应；转化管出口气通过输气管送人自热式转化炉，与工艺空气或氧气混合燃烧，产生的高温气在自热式转化炉催化剂床层中进行深度转化；自热式转化炉出口气温度接近1000 ℃，残余甲烷含量小于0.5%，经输气管进入换热式转化炉的壳程，为转化管内的转化反应提供热量。
1998年I．C．I公司改进了G HR转化炉的结构，将其升级为ACHR(Advanced G as Heated Reformer)，不仅降低了转化炉的制造成本，也更有利于装置的大型化。
目前G HR/ A G HR 转化炉有超过6套工业装置的运行业绩，包括合成氨及甲醇装置。
根据对其中1套采用GHR工艺的合成氨装置的实测数据，其吨氨消耗天然气的能耗为27. 84 x106 kJ.1.2 KRES工艺KRES( KBR Reforming Exchanger System)是KBR公司的专利技术，采用开口管式的换热式转化炉与自热式转化炉串并联运行。
工艺流程如图2：天然气／蒸汽混合气经加热炉预热后，约30%进入换热式转化炉的转化管反应，转化管出口气温度约930。
C；其余混合气直接进入自热式转化炉，与来自加热炉的富氧空气混合燃烧，高温气通过催化剂床层后，温度约1 020℃，经连接管进入换热式转化炉的壳程底部，与转化管出口气混合，一同向上流过换热式转化炉壳程，为转化管内的反应提供热量。
离开换热式转化炉壳程转化气残余甲烷含量为1%（干基）。
KRES转化炉采用了开口管式的设计，每根转化管独立膨胀，管板所受的应力较小。
同时悬挂式的管板处于低温部分，管板的许用应力较高。
为提高换热效率，KRES转化炉中的转化管采用了小直径（内径约27 mm）的设计，结构示意图见图3。
1994年10月第1套商业化的KRES装置在加拿大Methanex合成氨厂投入使用，合成氨装置规模为350 t/d。
目前KRES有4套工业装置的使用业绩，其中规模最大的是我国辽河化肥厂的1 070 t/d合成氨装置。
近年来KB R公司在KRE S工艺的基础上与深冷净化流程相结合，新推出了针对合成氨装置的PURIFIER plus工艺。
由于该工艺流程中设置了冷箱，可移除合成气中的多余氮气和惰性气体，因此可在自热式转化炉中加入过量的空气来替代富氧空气，从而省去了投资较高的空分装置。
1.3 TANDEM工艺白俄罗斯CIAP公司开发的TANDEM工艺是较早实现工业化生产的换热式转化工艺之一。
首套采用TANDEM工艺的合成氨装置于1988年在白俄罗斯的Grodno开车成功。
TANDEM工艺的原理与GHR工艺类似，均利用自热式转化炉的高温气向换热式转化供热，换热式转化炉与自热式转化炉串联运行，流程简图如图4所示。
TANDEM工艺中的换热式转化炉采用了多根上升管的设计，转化管出口气通过若干根上升管汇集到上集气箱，再经输气管送往自热式转化炉。
在换热式转化炉的底部设置有开工烧嘴用于陛化剂的升温还原。
目前TANDEM工艺有3套工业装置的使用业绩。
第3期许斌：换热式转化技术的发展及在国内的应用·3·1.4 CAR 工艺UHDE 公司的CAR( Combined Autothermal Reforming)转化炉将换热式转化炉与自热式转化（部分氧化）炉结合于一体，结构如图5。
其主要工艺流程如图6：大部分天然气与蒸汽混合从顶部进入CAR 转化炉，在装填了传统转化催化剂的转化管内进行转化反应；其余天然气进入反应炉底部的燃烧室，与氧气混合燃烧，进行部分氧化反应，高温气和转化管出口气一道流过转化管外的套管，向转化管内的反应供热。
CAR 工艺适用于制氢及生产甲醇。
当GAR 工艺用于生产甲醇时，其典型的工艺参数为：水碳比2 5，人口混合气温度330 ℃，出口转化气温度550℃，反应压力4 MPa ，出口气残余甲烷含量约1．0%（干基）。
因无燃料消耗，吨精甲醇消耗天然气的能耗仅(27.6~·4．中氮肥第3期29.7)×l06 kJ。
由于其设备结构简单，占地面积小，因此投资相对低廉，对大、中、小型装置都f 司样适用。
第1套采用UHDE公司CAR工艺的示范装置于1990年在斯洛伐克投入运行，其合成气的产量可配套150 t/d甲醇装置。
1.5 HTER工艺Haldor Topsde公司从20世纪80年代开始研究换热式转化技术，于90年代末推出了HTER ( Haldor Tops(be Exchange Reformer)工艺，其典型流程如图7所示。
2003年HTER转化炉在南非Sasol合成油装置中首次投入工业化运行。
天然气HTER转化炉采用了独特的双管式设计，2 个并联的催化剂床层分别位于环管的内侧及外侧。
来自自热式转化炉的高温气体从底部进入HTER转化炉，与来自催化剂床层的转化气混合，一同通过环管间的环隙，为催化剂床层中的转化反应提供热量。
这种设计提高了反应器内的空间利用率，缩小了设备尺寸，在保证足够传热面积的同时，减少了昂贵的合金材料的使用，从而降低了设备投资。
HTER转化炉的结构示意见图8。
图8HTER转化炉结构1.6成达换热式转化工艺中国成达工程有限公司从20世纪80年代末开始研究换热式转化技术，90年代初推出了成达换热式转化工艺。
1993年1月第1套采用成达换热式转化工艺的15 000 t/a合成氨装置在四川篷溪氮肥厂投入运行。
成达换热式转化工艺的典型流程如图9：脱硫后的天然气按2. 8:1的水碳比与工艺蒸汽混合，在天然气加热炉中预热到480—510℃；预热后的混合气从换热式转化炉的上部进入转化管，在转化管内催化剂的催化作用下发生转化反第3期许斌：换热式转化技术的发展及在国内的应用·5．应；转化管出口气温度约700℃，通过中心管送出转化炉，经输气管进入二段转化炉的顶部，与来自加热炉的富氧空气或氧气混合燃烧；高温气经深度转化后，残余甲烷含量小于0. 4%（干基），温度约1 000℃，再通过连接管进入换热式转化炉的壳程，为转化管内的反应提供热量。
在二段转化炉的底部设置了开工烧嘴，供催化剂的升温还原及二段转化炉投氧时使用。
迄今成达换热式转化工艺已有超过10套工业装置的使用业绩。
在换热式转化技术的基础上，成达公司进一步开发了双一段转化工艺。
在双一段转化工艺中，换热式转化炉与方箱式转化炉并联运行，预热后的天然气／蒸汽混合气分别进入方箱式一段转化炉及换热式转化炉进行蒸汽转化反应。
2台一段炉的出口气混合后进人自热式转化炉顶部，与适量的空气混合后燃烧，进一步转化。
自热式转化炉出口的高温气体进入换热式转化炉的壳程，为换热式转化炉内的转化反应提供热量。
其工艺流程如图10所示。
与典型的换热式转化工艺相比，双一段转化工艺有以下特点：(1)具有换热式转化工艺的优点，即大幅度地节省天然气；(2)流程中设置l台小的方箱式一段转化炉，因此不需要另外设置加热炉；(3)二段炉内不需要加入富氧空气或过量空气，因此流程中不需要设置空分装置或冷箱；(4)设置方箱式一段转化炉使开车更方便，不再需要单独设置开工烧嘴；(5)可根据需要对换热式一段转化与方箱式一段转化的负荷进行调整，从而调节装置的蒸汽产量。
双一段转化工艺适合于对传统流程的老厂进行改造。
在设备费用方面，虽然设置2台一段转化炉比设置单一的换热式转化炉投资要高，但省去了价格不菲的空分装置，因此2种工艺的总投资相当。
成达换热式转化工艺中的关键设备——换热式转化炉是成达开发的专利设备，其结构类似于浮头式换热器，分为管程、壳程和水夹套3部分。
转化管外设计了套管结构传热。
转化管出口通过Ⅱ型猪尾管与换热式转化炉底部的集气箱连接，集气箱可自由浮动。
这样既解决了管壳程温差所带来的热膨胀问题，也可以补偿炉管之间及炉管与中心管之间温度不一致所造成的膨胀差。
换热式转化炉壳程采用耐火层与绝热层的双层衬里以减少设备热损。
为防止衬里损坏时设备外壳超温，在壳外设计了水夹套以保证设备的操作安全。
其结构示意图见图11。
2换热式转化技术在国内的应用由于换热式转化工艺的节气效果显著，随着国内天然气价格不断上涨，越来越多的以天然气为原料制取合成气的企业开始关注换热式转化技术。
