(南京敦先化工科技有限公司，江蘇 南京 210048)

隨著煤制油、制天然氣、制氫、制烯烴、制乙二醇等現代煤化工向大型化、規(guī)?；?、集約化方向發(fā)展，傳統絕熱變換技術已成為現代煤化工發(fā)展的瓶頸。煤化工企業(yè)不斷尋求先進、節(jié)能、投資低的變換新技術。南京敦先公司一直致力于節(jié)能環(huán)保、低投資、易于大型化的新型變換技術研發(fā)工作。多年來不斷努力，將開發(fā)的“新型節(jié)能深度轉化可控移熱變換工藝”(以下簡稱可控移熱變換)和“非均布可控移熱變換爐(以下簡稱可控移熱變換爐)”等專利技術成功應用到粉煤加壓氣化、水煤漿加壓氣化、間歇式固定床常壓氣化的水煤氣或半水煤氣變換裝置上。目前在建的有10套，其中兩套EPC，已經投入運行的6套，近期有數家煤制油、制天然氣、制氫、制乙二醇、制甲醇、制合成氨等業(yè)主與我們洽談。首套可控移熱變換裝置于2012年底在安鄉(xiāng)晉煤金牛公司投入運行，至今近兩年時間，各項指標超過設計值。用于4.0 MPa粉煤加壓氣化生產水煤氣的可控移熱變換裝置于2014年4月在安徽昊源投運。與傳統絕熱變換工藝相比，設備減少了近1/3，流程縮短了1/2，工程總投資減少了1/4，系統阻力僅為0.09 MPa。2014年6月，該套可控移熱變換裝置順利通過中國石油和化學工業(yè)聯合會的科學技術成果鑒定(中石化聯鑒字[2014]第30號文)，鑒定結論如下：

(1) 開發(fā)了非均布高效可控變換反應器，采用徑向內置管式水移熱，催化劑可自卸，合理、先進，符合催化劑的使用特性，易實現大型化；

(2) 改變了傳統變換的設計思路，大幅度縮短流程，減少了設備臺數，提高了變換反應熱的利用率和品位，降低系統阻力，簡化了操作；

(3) 該成果實現了傳統變換工藝的技術提升，減少了工程投資和裝置的運行成本，特別適用于高一氧化碳、高汽/氣水煤氣的苛刻工況，可應用于不同領域變換工段的節(jié)能改造及新建項目，促進節(jié)能減排、利于裝置大型化，具有較好的經濟和社會效益；

(4) 該技術路線合理可行，技術指標先進，達到了國際先進水平。

另外，與會專家一致認為，可控移熱變換爐催化劑床層溫度與深度曲線有一個較大溫差的設計理念，體現了同一反應器不同區(qū)域催化劑各自功能不同，充分利用了鈷鉬系變換催化劑寬溫區(qū)特性，可控移熱變換技術是對絕熱及恒溫床層變換技術的優(yōu)化和提升。

國內在用以煤為原料的氣化爐有二十多種類型，另外還有高爐氣、焦爐氣、蘭炭氣等諸多尾氣回收綜合利用項目。水煤氣或半水煤氣中CO組分在14%～76%(干基，以下相同)，而且產品不同，需要凈化后原料氣中的H2∶CO也不同，如煤制油為H2∶CO≈1.6，煤制天然氣H2∶CO≈3.0，煤制甲醇(H2-CO2)/(CO+CO2)≈2.0，合成氨及煉油行業(yè)煤制氫需要H2含量達到100%。中低溫變換催化劑種類繁多，有防水合鎂鋁尖晶石為載體的中溫鈷鉬系催化劑，含有鉀鹽為活性促進劑的低溫鈷鉬催化劑，銅鋅系低溫變換催化劑等諸多種類。我們從已承擔的變換項目可知，要根據原料氣類型、CO變換率高低及催化劑特性而設定不同工藝流程，才能實現節(jié)能、低投資、安全穩(wěn)定運行。其中，變換系統的工藝設計尤為重要。另外，變換爐床層溫度與深度之間為“恒溫曲線”只適合銅鋅系變換催化劑，中、低溫鈷鉬系變換催化劑床層溫度與深度之間必須是“變溫曲線”才能充分發(fā)揮鈷鉬系變換催化劑的活性，有效延長催化劑使用壽命。CO變換反應前期主要受動力學控制，后期受熱力學控制。在動力學控制區(qū)域的反應強調反應速率，CO反應速率越高，反應時間越短；在熱力學控制區(qū)域的反應強調溫度接近平衡溫度，這樣利于CO進一步深度轉化，在此區(qū)域反應速率低，反應時間長，催化劑用量多。再者催化劑類型不同，使用溫度不同，完成的任務也不同。如果一個變換反應器設計僅強調“熱力學控制”，而忽略“動力學控制”，則不是一個合理的反應器。催化劑如同“腳”，變換爐如同“鞋”，“鞋”要根據“腳”而定制，如果一味強調“腳”適應“鞋”而生長，“鞋”則會被“腳”沖破或造成“腳”變成畸形。

鑒于原料氣及催化劑種類繁多、壓力不同、CO轉化率各不相同，變換裝置基本上應該是一工程一設計。由于受篇幅限制，本文主要以我公司承擔的采用中低溫鈷鉬系變換催化劑，已投入運行或正在設計的水煤氣或半水煤氣可控移熱變換及可控移熱變換爐作簡要介紹。

1 適用于粉煤加壓氣化兩級“可控移熱變換”技術簡介

1.1 使用范圍及技術要點

該技術采用兩級“可控移熱變換爐”完成CO轉化，確保水煤氣的CO從68.5%變換到0.4%以下。一級可控移熱變換爐裝填中溫鈷鉬系催化劑，二級變換爐裝填低溫鈷鉬催化劑。此工藝技術是針對4.0 MPa粉煤加壓氣化、高CO、水氣比為0.7～1.1的水煤氣開發(fā)的變換技術，主要用于煤制合成氨、煉油及醫(yī)藥行業(yè)煤制氫等粉煤加壓氣化的變換領域。

1.2 工藝設計理念及及其先進性

一級可控移熱變換爐取代傳統多級絕熱變換工藝中的一變爐、二變爐，主要完成CO的轉化及回收高品位熱能任務；二級可控移熱變換爐取代傳統多級絕熱變換工藝中的三變爐、四變爐，主要完成CO反應平衡任務。二級變換爐進口氣體溫度高、出口溫度低，在同等平衡溫距、相同水氣比前提下可以完成CO深度轉化，變換冷凝水少、熱能損失少、副產高品位蒸汽產量大、低品位蒸汽少，而且熱能回收穩(wěn)定，避免“等溫變換+絕熱變換”工藝隨著等溫變換爐催化劑活性衰退，CO移至絕熱變換爐內反應，造成絕熱變換爐出口溫度高、系統總水氣比不斷增加、冷凝水增大、腐蝕加劇、運行能耗逐漸升高、熱能回收在裝置運行過程中始終是一個逐漸增大的變量，不利于變換系統及全廠水氣平衡設計等缺陷。系統無高溫管道管件，主要高溫區(qū)在可控移熱變換爐內部，工程上需要考慮氫腐蝕及消除熱應力的管道少，有效增加變換裝置運行的安全穩(wěn)定性。而且對于低品位熱能采用階梯式回收方式，把低品位熱能轉變?yōu)楦咂肺徽羝?，把冷凝水加熱后直接送氣化島洗滌水煤氣，變換系統污水外排為“零”。把傳統多級絕熱變換工藝中的換熱設備管束直接放置到可控移熱變換爐的催化劑床層中，設備少、流程短、露點腐蝕少、系統阻力低、工程投資少。原始硫化升溫開車及階段性開停車方案考慮非常全面、安全，而且階段性開停車非常迅速安全，較短時間內就可以滿負荷運行，有效避免了傳統多級絕熱變換工藝開車時出現的超溫、飛溫、甲烷化副反應現象。催化劑裝填量不受超溫限制，而是根據催化劑使用年限及TF值來選取，一級可控移熱變換爐催化劑可以使用5 a，二級可控移熱變換爐催化劑壽命為10 a。裝置運行周期長，有效避免了傳統多級絕熱變換工藝每年均需要停車更換一變爐催化劑造成企業(yè)的經濟損失。一級可控移熱變換爐之前不添加蒸汽，避免由于操作失誤造成蒸汽變?yōu)槔淠鴮е乱患壙煽匾茻嶙儞Q爐 “催化劑泡在水中”的事故發(fā)生。系統工藝控制僅三個點，通過控制兩臺可控移熱變換爐副產蒸汽壓力來控制催化劑床層溫度，操作非常安全穩(wěn)定。工藝路線設置滿足多元化要求。兩級可控移熱變換可以將CO從68.5%轉化到0.40%以下，滿足合成氨及煤制氫生產要求。如果僅一級可控移熱變換爐投運，又可滿足煤制甲醇、制油、制天然氣、制乙二醇等工藝需求。工藝流程及控制考慮全面、安全、穩(wěn)定、實用、簡捷、多元化。

1.3 與傳統絕熱變換工藝對比

以安徽昊源為例。該公司同規(guī)模變換裝置有兩套，一期裝置于2013年3月份投入運行，變換為傳統多段絕熱工藝，靜止設備共計28臺，其中主換熱設備10臺，變換爐4臺，1#變換爐分為兩個催化劑床層(段間可用冷煤氣冷激)，催化劑裝填量為7+9.3 m3，1#～2#全部采用中溫鈷鉬系催化劑，3#～4#變換爐均裝填低溫鈷鉬催化劑。氣體通過的靜止設備高達20臺，工藝流程長，露點腐蝕多，低品位熱能多；其中因航天爐加壓氣化工藝所產的水煤氣CO含量高、水氣比大，一期工程的變換裝置存在易超溫、操作難度大、工藝路線長、露點腐蝕多、工程投資大等諸多問題。

二期變換裝置采用我公司開發(fā)的“可控移熱變換”專利技術，靜止設備共計17臺，其中主換熱設備6臺，變換爐2臺，有氣體通過的靜止設備11臺。2014年4月裝置投入運行。

一期、二期工程建設分類對比列于表1。主要運行經濟技術參數對比列于表2。

2 適用于水煤漿加壓氣化二級“可控移熱變換”技術簡介

2.1 適用范圍及技術要點

表1 一、二期工程建設對比

表2 兩套變換裝置技經對比

該技術仍采用兩級“可控移熱變換爐”完成CO轉化任務，可以使水煤氣中CO從43.0%轉化到0.40%以下。一級可控移熱變換爐裝填中溫鈷鉬系催化劑，二級裝填低溫鈷鉬催化劑。此工藝技術是針對4.0 MPa或6.5 MPa水煤漿加壓氣化、高CO、水氣比為1.20～1.45的水煤氣開發(fā)的變換技術，主要用于煤制合成氨、煉油行業(yè)煤制氫、醫(yī)藥行業(yè)煤制氫等粉煤加壓氣化的變換領域。我公司正在實施的裝置有山東方明化工氫產量為60 000 m3/h的煤制氫項目，氣化爐為清華爐、變換系統壓力為4.0 MPa，河北遷安化肥有限公司400 kt/a醇氨項目，氣化爐為清華爐，變換系統壓力為6.5 MPa。

2.2 工藝設計理念及先進性

以河北遷安化肥6.5 MPa水煤漿氣化爐所產水煤氣變換裝置為例，原料氣CO為43.475%、R=1.369 9。通過一級可控移熱變換爐可以將CO由43.475%降至1.16% ，而將1.16%再降至0.4%以下時，仍采用二級可控移熱變換爐，沒有采用“可控移熱變換爐+廢熱鍋爐+絕熱變換爐”的工藝設計。我們主要考慮任何一個催化劑都存在初期、中期、后期、末期的活性衰退過程。當催化劑使用到后期、末期時，必定會出現一級可控移熱變換爐出口CO不斷升高的問題，造成“絕熱變換爐”出口變換氣溫度高，變換氣水氣比升高，變換氣余熱始終是一個不斷增大的變量，給后續(xù)熱能回收及工程設計帶來難度大及工程投資增加的問題。同時，隨著“絕熱變換爐”出口溫度升高，CO總轉化率下降、氫的收率降低。不僅裝置運行成本增加，而且一級可控移熱變換爐催化劑使用壽命受到影響。為保證低能耗運行及有較高氫收率，可能在一級變換爐催化劑處于后期及末期時就要更換掉，造成一級可控移熱變換爐催化劑運行周期短，生產成本增加。

一級可控移熱變換爐出口CO初期設計值1.16%，而不是0.5%～0.6%。如果一級變換爐出口按照CO為0.5%～0.6%來設計，一級變換爐出口溫度在265～275 ℃，必定裝填中溫鈷鉬系催化劑，絕不能裝填低溫鈷鉬催化劑。265～275 ℃的溫度不在中溫鈷鉬系催化劑的最佳溫區(qū)(280～420 ℃)之內，勢必造成催化劑使用壽命短。再者，也會造成氣氣換熱器面積增加，工程投資大，另外，不能長期保證粗水煤氣高于露點以上30 ℃，很有可能造成飽和態(tài)水蒸氣進入脫毒劑及催化劑床層，使催化劑結塊及降低使用壽命。

我們在實施兩級“可控移熱變換”技術之前，與“可控移熱變換爐+廢熱鍋爐+絕熱變換爐”的工藝詳細比較過。通過對比我們發(fā)現兩級“可控移熱變換”技術具有以下優(yōu)勢。

(1)氫收率穩(wěn)定，熱能回收穩(wěn)定，五年內可以節(jié)省8 305萬元的運行費用。

(2)無論一級可控移熱變換爐出口CO如何變化，二級可控移熱變換爐出口變換氣溫度、CO含量、水蒸氣分壓均為一定值，后續(xù)熱能回收是一個穩(wěn)定值，低品位熱能回收也是穩(wěn)定值。

(3)杜絕飽和態(tài)水蒸氣帶進催化劑床層，避免操作事故發(fā)生，確保安全、穩(wěn)定、長周期運行。

(4)工程總投資降低1 000萬元以上。

(5)一級可控移熱變換爐主要完成CO變換任務，二級可控移熱變換爐主要完成反應平衡任務，即使二級可控移熱變換爐進口CO≥15.0%，二級可控移熱變換爐出口CO仍能控制在0.40%以下。所以，一級可控移熱變換爐催化劑的后期及末期時間可以適當延長，催化劑使用壽命至少在5 a以上；進入二級可控移熱變換爐的氣體中灰塵及有害的毒物很低，再者二級可控移熱變換爐內CO轉化量少、溫度低，二級催化劑使用壽命至少在10 a以上。

2.3 主要經濟指標(表3)

表3 水煤漿加壓氣化二級可控移熱變換技術經濟指標

3 適用于粉煤或水煤漿加壓氣化的一級“可控移熱變換”技術簡介

3.1 適用范圍及技術要點

該技術采用一級“可控移熱變換爐”取代傳統絕熱變換一變爐、二變爐，中溫鈷鉬系催化劑完成CO部分轉化任務，做到脫碳后原料氣中的H2∶CO為1.6～3.0或(H2-CO2)/(CO+CO2)=1.9～2.8。如果裝置規(guī)模較大，整體工藝采用“變換+非變換”流程，其中變換仍然采用一級“可控移熱變換爐”完成CO部分轉化任務。在進行此類可控移熱變換裝置設計時，我們把變換裝置安全、穩(wěn)定、長周期運行放在首位，同時使裝置大型化時運行能耗低、投資低。

該技術適用于煤制油、制天然氣、制乙二醇、制甲醇、制烯烴等CO部分變換領域，可控移熱變換技術完全解決了裝置大型化、安全穩(wěn)定長周期運行的難題。

3.2 用于大型變換裝置的優(yōu)勢

(1)投資省。相同規(guī)模裝置，可控移熱變換工程總投資為26 667萬元，傳統絕熱變換工藝投資為70 000萬元，工程投資降低61.9%以上。

(2)床層溫度低，完全杜絕甲烷化副反應。

(3)可控移熱變換爐設有備用爐，每臺變換爐可以單獨更換催化劑，單獨硫化升溫，確保任何工況下不會因為變換裝置造成停車檢修。確保裝置安全、穩(wěn)定、長周期運行。

(4)部分設備采用徑向或臥式結構，完全解決大型化問題，整個系統超限設備僅有非變換系統低壓廢鍋及脫氨塔，大幅度降低了運輸費用。

(5)裝置占地面積小，僅為傳統絕熱變換的38%。

(6)滿負荷時系統阻力不超過0.15 MPa，比傳統絕熱變換工藝降低60%以上。

4 適用于有飽和熱水塔低水氣比、低CO的“可控移熱變換”技術簡介

4.1 適用范圍及技術要點

本可控移熱變換技術主要用于常壓間歇式固定床氣化爐所產半水煤氣以及高爐氣、焦爐氣、蘭炭氣等尾氣回收生產合成氨或制氫，系統壓力一般在0.8～2.0 MPa，采用低溫催化劑，外供蒸汽、有飽和熱水塔的變換裝置?？煽匾茻嶙儞Q技術主要是把熱水塔出口變換氣夾帶的低品位水蒸氣轉化為高品位蒸汽移出系統，從而達到減少變換蒸汽消耗、降低變換冷卻水用量、減少變換系統露點腐蝕的目的。此技術適合帶有飽和熱水塔的變換裝置改造或新建變換裝置。采用我公司技術目前已開起來的此類型可控移熱變換裝置有河南新鄉(xiāng)永昌化工、河北盧龍化工、湖南安鄉(xiāng)晉煤金牛化工等。由我公司全新設計的變換裝置，熱水塔出口變換氣均不超過60 ℃。

4.2 熱水塔出口變換氣溫度是衡量變換裝置能耗高低的重要依據

系統壓力在0.8～2.0 MPa范圍內的中串低、中低低或全低變裝置大部分設有飽和熱水塔。飽和熱水塔上部為飽和塔、下部為熱水塔。飽和熱水塔是有飽和熱水塔變換工藝中回收熱量的主要設備。半水煤氣在飽和塔中與熱水逆向接觸，進行熱量和質量的傳遞，使半水煤氣的熱含量和濕含量不斷提高。出飽和塔半水煤氣溫度愈高，則夾帶蒸汽愈多，變換系統需要外供蒸汽愈少。熱水塔內，熱水與變換氣逆向接觸回收變換氣中的顯熱和潛熱，熱水塔出口變換氣溫度越高，變換氣夾帶蒸汽量越大，變換蒸汽消耗、冷卻水消耗就越高。熱水塔出口變換氣溫度是衡量該變換系統熱能回收率高低及變換系統蒸汽消耗、冷卻水消耗的重要指標。

4.3 熱水塔出口變換氣的低品位熱能難以回收

以熱水塔出口變換氣為95 ℃計算，則噸氨帶出蒸汽量為3 960×0.083 4=328.68 kg，此部分蒸汽轉化為40 ℃的冷凝水時，僅變換氣中夾帶的蒸汽冷凝為水時放出的熱量高達825 MJ，而此部分熱量是以潛熱形式帶出變換系統，溫度低，部分裝置采用脫鹽水回收，脫鹽水最高溫度一般為60～70 ℃，此類低品位熱能無處可用，也有部分單位采用大量循環(huán)冷卻水將變換氣冷卻到40 ℃，造成大量熱能損失及循環(huán)水消耗。

4.4 “可控移熱變換”技術的解決措施

有飽和熱水塔的變換工藝，各段催化劑床層反應熱依靠循環(huán)熱水帶出，并通過循環(huán)熱水實現變換系統熱量分配。我公司根據各類變換工藝流程分別找出最佳節(jié)能點，設置一臺“可控移熱變換爐”，將熱水塔出口變換氣帶出的系統熱量轉化為高品位蒸汽，同時減少變換系統蒸汽添加量，降低系統阻力，降低循環(huán)冷卻水耗。

我們對湖南安鄉(xiāng)晉煤金牛50 kt/a合成氨的中低低裝置節(jié)能改造時(系統壓力0.8 MPa)，保持原有中低低工藝不變，僅增加一臺可控移熱變換爐，類似于在變換裝置上設置一臺副產3 t/h飽和蒸汽的余熱回收鍋爐，工程量小，投資低，不影響有效生產時間。該裝置于2012年12月投入運行，運行數據如下(噸氨)：

(1)變換系統出口CO含量由原來的1.2%降至0.6%；

(2)系統阻力由原來的0.12 MPa降至0.07 MPa；

(3)蒸汽消耗下降135 kg；

(4)變換冷卻水消耗下降了20 m3；

(5)同時副產0.6～1.3 MPa飽和蒸汽236 kg，供造氣及銅洗使用；

(6)熱水循環(huán)量由原來的9 860 kg降至5 670 kg；

(7)熱水塔出口變換氣溫度由原來的102 ℃降至82 ℃；

(8)水移熱可控移熱變換爐投運后，公司停運一臺4t/h沸騰鍋爐。

改造后噸氨節(jié)省運行費用45.6元， 5個月可以回收全部工程投資。

5 適用于無飽和熱水塔低水氣比、低CO的“可控移熱變換”技術簡介

5.1 適用范圍及技術要點

本可控移熱變換技術主要用于常壓間歇式固定床氣化爐所產半水煤氣以及高爐氣、焦爐氣、蘭炭氣等尾氣回收生產合成氨或制氫的變換裝置，系統壓力一般在2.0～2.7 MPa、外供蒸汽、催化劑為以γ-Al2O3為載體鉀鹽為活性促進劑的低溫催化劑。

從終端氣氣換熱器出口變換氣溫度高低可判斷變換裝置節(jié)能與否。傳統工藝氣氣換熱器出口變換氣在120 ℃，而我公司設計的可控移熱變換裝置氣氣換熱器出口變換氣溫度不超過90 ℃。

5.2 傳統變換工藝存在的問題

以固定床間歇式氣化爐產低水氣比、低CO半水煤氣的合成氨廠為例。單套合成氨裝置生產能力若在180 kt/a以上，變換裝置壓力一般提高到2.0～2.7 MPa之間。由于壓力提高，CO2、H2S等酸性氣體在熱水中溶解度增大，循環(huán)熱水pH低，酸性腐蝕加劇，部分廠家添加到熱水塔中的水質不穩(wěn)定或熱水塔排污不及時，水中總固體偏高，Cl-及其他酸根離子對不銹鋼焊縫有晶間腐蝕，變換系統中低于露點以下的設備、管道及管件均出現大量腐蝕。近十年來建設的系統壓力大于2.0 MPa的變換裝置均取消了飽和熱水塔，采用“絕熱反應+噴水冷激”的全低變工藝設計理念。此類型變換裝置普遍存在以下問題。

(1)系統阻力偏高。加熱半水煤氣或回收變換氣熱量只能采用間接換熱方式，換熱設備多，流程長，已運行的裝置系統阻力在1.0 MPa左右。

(2)催化劑活性下降，造成運行能耗高。一、二段催化劑反硫化現象嚴重，使用壽命短或活性下降，大量CO反應被移到后續(xù)催化劑床層，本來用于平衡段的催化劑床層溫度升高，造成蒸汽消耗高，回收變換系統熱量的設備腐蝕加劇，變換系統冷卻水量大。

(3)蒸汽消耗高。如果變換系統出口CO含量在1.2%～1.5%之間，噸氨蒸汽消耗一般在350～450 kg。

(4)低品位熱能多。取消飽和熱水塔后，只能采用除氧水或脫鹽水間接換熱方式回收變換氣顯熱和潛熱，產生大量低品位熱能。

(5)工程投資大、設備維修費用高。由于出最后一段催化劑床層的變換氣夾帶蒸汽量大、露點腐蝕點多，加熱半水煤氣的換熱器、除氧水加熱器、脫鹽水加熱器以及噴水增濕器等設備均需選擇不銹鋼材質，勢必造成工程投資大。即使選擇了不銹鋼，由于夾帶蒸汽量大、露點腐蝕多，氣體中有Cl-，設備仍然腐蝕嚴重，維修費用高。

5.3 可控移熱變換技術的優(yōu)勢

南京敦先公司針對無飽和熱水塔低水氣比、低CO半水煤氣變換工藝，采用 “可控移熱變換”專利技術很好地解決了以上問題。本公司為山東聯盟設計一套2.5 MPa、合成氨生產能力為150 kt/a的“可控移熱變換”裝置于2013年10月投入運行，主要經濟技術指標如下：

(1)變換系統出口CO≤4.0%；

(2)變換系統噸氨蒸汽消耗≤85 kg(添加蒸汽-副產蒸汽)；

(3)系統阻力≤0.036 MPa；

(4)出最后催化劑床層變換氣夾帶蒸汽量均低于2.49%，在脫鹽水加熱器氣體才到露點溫度(露點溫度76.5 ℃)，只有脫鹽水加熱器、變換冷卻器兩臺設備存在露點腐蝕，其他設備及相連接的管道內氣體溫度均在露點以上，有效延長設備使用壽命，提高裝置運行的安全穩(wěn)定性；

(5)噸氨變換冷卻水消耗在5.012 m3以下；

(6)工程投資降低15.0%左右。

6 “可控移熱變換爐”簡介

6.1 可控移熱變換爐結構

可控移熱變換爐由殼體和內件組成。殼體由筒體、上封頭、下封頭組成。上封頭與筒體之間采用法蘭連接，法蘭之間采用“Ω”形密封，上下封頭分別設有氣體進出口。內件由水移熱管束、氣體分布筒、氣體集氣筒、密封板、支撐座等部件組成，水移熱管束與進出水管之間采用管式聯箱結構，見圖1。內件與外筒可拆卸，管內走水，管外裝催化劑，下部設有催化劑自卸口。

圖1 可控移熱變換爐示意

6.2 可控移熱變換爐流體走向

(1)氣體走向 原料氣從變換爐上部進入，經側面徑向分布器進入催化床層，然后沿徑向(與換熱水管呈90°垂直換熱，傳熱效果好)通過催化床層，反應的同時與埋設在催化床層內的水管換熱，再經內部集氣筒收集后由下部出變換爐。

(2)水走向 來自汽包的不飽和水自可控移熱變換爐下部進水管進入變換爐，再經下部大環(huán)管、分配管分配至各換熱管內與反應氣體換熱，然后通過上環(huán)管或集水箱收集后去汽包，在汽包中分離出蒸汽，分離下來的水從汽包下部再次進入可控移熱變換爐參與下一循環(huán)。

6.3 可控移熱變換爐優(yōu)點

(1)通過設置絕熱層、非均布或均布管等手段，催化劑床層可以設計為恒溫、有100 ℃溫差的變溫、進口溫度高出口溫度低的平衡反應床層等，使用范圍廣，滿足各種變換裝置需求。我們把變換爐視為“鞋”，催化劑視為“腳”，根據催化劑物性參數、氣體成分、壓力、CO轉化率以及在流程中所處的位置去設計，確保催化劑的活性充分發(fā)揮出來，延長催化劑使用壽命。

(2)采取全徑向結構，徑向分布筒、催化劑床層及集氣筒阻力之和不超過0.01 MPa。

(3)副產蒸汽可以是飽和蒸汽，也可以是過熱蒸汽。

(4)內件與外筒可拆卸，內件可以單獨起吊、更換，檢修十分便利，完全杜絕因催化劑自卸不掉造成整臺設備報廢現象。

(5)承壓部件全部為無縫鋼管，根據焊接要求選取換熱管規(guī)格及壁厚，承壓部件均可承受10.0 MPa以上的壓差，移熱管束安全穩(wěn)固，完全避免了單管板、板式以及繞管式甲醇反應器承受壓差小、單管板上下兩側或同心圓的圓周之間溫差必須小于50 ℃，催化劑難自卸等諸多問題。

(6)由于有飽和水蒸氣、灰塵以及羰基鎳、羰基鐵等物質，必定會造成首先與氣體接觸部位的催化劑發(fā)生結塊現象，我們將與氣體首先接觸部位的催化劑設置成絕熱層，絕熱層內部不設置換熱管。再者，上部設有便于拆卸的承壓封頭，催化劑裝填及自卸非常方便。

7 結 論

可控移熱變換技術開發(fā)成功為我國現代煤化工以及傳統煤化工原料路線改造提供了國際先進、運行穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、投資低的變換技術，解決了大型化難題。對于變換裝置，工藝流程設計為首位。只有合理的工藝流程才能實現運行能耗低、露點腐蝕少、工程投資低，裝置長期安全穩(wěn)定運行。變換爐床層溫度與深度曲線要根據催化劑物性參數、需要完成的任務去設計，決不能在任何工況下均設計為“恒溫床層”，一定要遵循“鞋”根據“腳”訂尺碼的客觀規(guī)律。鈷鉬系變換催化劑結塊是不可避免的，變換爐結構設計必須考慮到萬一催化劑結塊自卸不掉時如何處理的問題。以上是我們設計十多套可控移熱變換裝置的經驗積累，如有不妥請各位專家提出寶貴意見，以利于移熱管束、移熱板或移熱繞管埋在催化劑床層內的新型變換技術更好地發(fā)展。