中圖分類號(hào)：ＴＱ１１３．２６＋４．２　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ　　文章編號(hào)：１００３－６４９０（２０１２）０２－００５４－０３

    １　現(xiàn)有控制中變爐溫度的方式根據(jù)變換反應(yīng)

    ＣＯ＋Ｈ２Ｏ=ＣＯ２＋Ｈ２＋４１．１９ｋＪ／ｍｏｌ

    絕熱變換爐內(nèi)的溫度隨反應(yīng)的進(jìn)行而逐步升高。隨著變換爐內(nèi)溫度的升高，當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)最佳溫度線以后，就離變換反應(yīng)平衡曲線越來(lái)越近，反應(yīng)速率明顯下降，過(guò)高的溫度還會(huì)使變換催化劑的活性壽命縮短。在實(shí)際生產(chǎn)中我們通常采用以下三種方法來(lái)控制變換爐內(nèi)溫度的平衡。

    １．１　中間間接冷卻式多段絕熱反應(yīng)流程

    這是一種反應(yīng)時(shí)與外界無(wú)熱交換，冷卻時(shí)將反應(yīng)氣體引至熱交換器中與脫鹽水進(jìn)行間壁式換熱、降溫的流程。這種方法在低溫變換中應(yīng)用較多，移出的熱量傳給進(jìn)飽和熱水塔的熱水。此流程的缺點(diǎn)是大量高品位熱能被轉(zhuǎn)化成低品位熱能，導(dǎo)致飽和熱水塔循環(huán)熱水溫度高，出系統(tǒng)變換氣溫度、濕度高，損失大量熱能并給后工序帶來(lái)較大的冷卻和分離負(fù)擔(dān)。

    １．２　脫鹽水冷激式多段絕熱反應(yīng)流程

    變換反應(yīng)需要水蒸氣參加，故可采取向高溫氣體直接加入脫鹽水，水吸熱汽化生成水蒸氣，通過(guò)調(diào)節(jié)冷激水量來(lái)調(diào)節(jié)變換爐各段進(jìn)口氣體溫度。缺點(diǎn)是在向各段進(jìn)口加的冷激水，會(huì)因氣流速度大，水未來(lái)得及汽化就接觸了變換催化劑，造成因溫度驟降催化劑表面粉化、結(jié)疤的情況；或者脫鹽水中的殘留鹽分在催化劑表面結(jié)疤，從而導(dǎo)致氣體偏流，通過(guò)催化劑層的阻力增大，催化劑活性降低等問(wèn)題。

    １．３　原料氣冷激式多段絕熱反應(yīng)流程

    這是一種向反應(yīng)器添加冷煤氣進(jìn)行直接冷卻的方式。出飽和塔含水蒸氣的低溫（相對(duì)出熱交換器的煤氣溫度）煤氣不經(jīng)熱交換器直接進(jìn)入變換爐各段，通過(guò)調(diào)節(jié)低溫煤氣的量來(lái)調(diào)節(jié)變換爐各段的進(jìn)口氣體溫度。

    此方法避免了冷激水對(duì)催化劑的不利影響，大大延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命，但是也有導(dǎo)致正常運(yùn)行時(shí)能耗偏高的弊病。

    對(duì)于二段中變流程，根據(jù)氣體溫度的差值和熱量守恒原理，可計(jì)算出起冷激作用的冷煤氣量大致占總氣量的４０％。一方面由于這部分冷煤氣不經(jīng)過(guò)熱交換器，造成能量交換過(guò)程中冷介質(zhì)流量降低，出熱交換器的中變氣溫度升高，流向低變系統(tǒng)的能量增加，從而提高了循環(huán)熱水的溫度，間接提高了出變換系統(tǒng)變換氣溫度和濕度，能耗增加；另一方面由于直接向中變二段添加冷煤氣調(diào)溫，對(duì)此部分（占總氣量的２０％）煤氣而言，未經(jīng)過(guò)變換爐前段，變換反應(yīng)時(shí)間短，ＣＯ變換率變低，為了達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率，就要多加蒸汽。這種流程理論上要比水冷激流程蒸汽消耗高。

    ２　改進(jìn)方案

    為了節(jié)能降耗，我建議對(duì)變換流程進(jìn)行如下改動(dòng)。

    增加一個(gè)熱交換器，飽和塔出來(lái)的冷煤氣先經(jīng)過(guò)熱交１，在此吸收中變二段出來(lái)的變換氣熱量。調(diào)節(jié)閥ＴＩＣ１為熱交１的近路閥，以中變一段進(jìn)氣溫度為參數(shù)，低關(guān)高開(kāi)。中變一段出來(lái)的變換氣進(jìn)入熱交２，和出中變１的煤氣換熱，降溫后進(jìn)入中變２。調(diào)節(jié)閥ＴＩＣ２為熱交２的近路閥，以中變二段進(jìn)氣溫度為調(diào)節(jié)參數(shù)，低開(kāi)高關(guān)。由于進(jìn)入中變一段的氣體中ＣＯ和水蒸氣的濃度高，變換反應(yīng)速度快，放出的熱量多。一般說(shuō)來(lái)，在中變１的熱點(diǎn)溫度高于中變２熱點(diǎn)溫度１０℃的情況下，中變一段的進(jìn)氣溫度和中變二段的進(jìn)氣溫度大致相等。只要熱交２的換熱面積不太小，在冷、熱流體熱容、流量大致相等的情況下，被降溫后的熱流體（中變２進(jìn)口氣體）溫度完全可以低于被加熱后的冷流體（中變１進(jìn)口氣體）溫度。也就是說(shuō)不存在ＴＩＣ２關(guān)閉而中變二段溫度仍高的情況。

    流程示意見(jiàn)圖１。

    由于變換反應(yīng)是放熱的，為了控制中變一段的進(jìn)口溫度，ＴＩＣ１就要保持一定的開(kāi)度，讓高溫氣體將中變系統(tǒng)內(nèi)多余的熱量帶出。由于本流程在中變一段進(jìn)口就加入了全部的ＣＯ和水蒸氣，這樣在其他條件不變的情況下，反應(yīng)物的濃度高，變換反應(yīng)的速度最快，ＣＯ氣體在變換爐內(nèi)的停留時(shí)間最長(zhǎng)，最接近反應(yīng)平衡，變換率也就高。在氣量、熱點(diǎn)溫度等條件恒定的情況下，我們主要是通過(guò)增減向變換爐加入的蒸汽量來(lái)調(diào)節(jié)低變出氣的ＣＯ成分。在成分要求一定的情況下，本流程較原料氣冷激流程需要加入的蒸汽量少。由于水冷激流程的調(diào)溫原理是向高溫煤氣加入脫鹽水吸熱汽化，以替代部分參加變換反應(yīng)的蒸汽，能量留在了中變系統(tǒng)。而本流程是讓中變反應(yīng)的余熱流出中變系統(tǒng)。從能量方面分析，水冷激流程中溫變換向低溫變換能量流失最低。為了充分回收流向低變的熱能，我們可以把原來(lái)低變的一段冷卻器改為余熱鍋爐。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，原料氣冷激流程的出熱交變換氣溫度在３００℃上下，低變一段入口溫度在２４０℃上下，此部分溫差完全可以作為１．２ＭＰａ蒸汽余熱鍋爐的熱源。由于新流程中所有蒸汽在變換反應(yīng)初期全部加入，反應(yīng)物濃度最高，所以達(dá)到同樣變換率所需蒸汽量相對(duì)于水冷激流程要少。由于新流程加入的蒸汽多為低壓飽和蒸汽，溫度在１８０℃左右，而出熱交去低變的變換氣溫度在３００℃上下，所加入的過(guò)量蒸汽在中變過(guò)程中吸熱，由此可分析出，在新流程中出熱交去低變的變換氣中的水蒸氣含量略少，氣體溫度略高，故在新流程中此部分介質(zhì)更適合作為余熱鍋爐的熱源。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)壓力控制閥ＰＩＣ１并入１．０ＭＰａ蒸汽網(wǎng)，供變換使用，這部分能量就返回了中變系統(tǒng)，起到了與水冷激相同的作用，更避免了水冷激流程的弊病。經(jīng)余熱鍋爐冷卻后的中變氣溫度為１８５℃，在此溫度下的飽和水蒸氣分壓在１．０ＭＰａ以上，高于變換系統(tǒng)壓力，所以不存在中變氣中的水蒸氣被冷凝成液體的可能，不存在出現(xiàn)液擊而損壞設(shè)備的可能。

    變換低變１進(jìn)口變換氣溫度在２３０℃左右。調(diào)節(jié)閥ＴＩＣ３為余熱鍋爐的近路閥，以低變一段進(jìn)氣溫度為參數(shù)，低開(kāi)高關(guān)。如果低變進(jìn)口溫度需要低于１８５℃，可以將余熱鍋爐的蒸汽出口連到變換蒸汽加入閥ＦＩＣ１之后，余熱鍋爐壓力可降至變換系統(tǒng)壓力０．８ＭＰａ，相應(yīng)變換氣溫度可降至１７０℃。

    這樣，流向低變的能量減少，向循環(huán)熱水提供熱能的設(shè)備就只有低變一、二段間的水冷，低變出口的水加熱器和熱水塔。需要熱水回收的能量減少，熱水溫度低，相應(yīng)出熱水塔的變換氣溫度、濕度低，更多的能量就留在了變換系統(tǒng)之內(nèi)，蒸汽能耗因此而降低。同時(shí)，由于熱水回收能量負(fù)荷的降低，熱水泵的流量降低，這就節(jié)省了電耗。

    如果作冷激用的脫鹽水質(zhì)量過(guò)關(guān)，可以對(duì)水冷激流程稍加改動(dòng)，來(lái)避免冷激水對(duì)變換催化劑的不利影響。在中變各段催化劑的上面交錯(cuò)鋪兩層波紋填料，經(jīng)霧化噴頭噴出的冷激水可在填料表面汽化后再與催化劑接觸。此方法相對(duì)簡(jiǎn)單、易行。