合成氨变换工艺诞生于1913年,至今已跨越百年。该工艺主要用于一氧化碳与水蒸汽在催化剂上进行变换反应,生成氢气和二氧化碳。历经由常压改加压;由高温变换变中、低温变换;催化剂由铁铬系、铜锌系转成耐硫钴钼系,由低CO多段绝热变换到高CO多炉变换;为稳定运行、降低能耗等大量探索与实践,是目前在以煤为主要原料,进行变换反应的主要生产工艺,目前仍广泛应用于煤制气、煤制油、煤制天然气、煤制乙二醇等化肥、化工行业。
湖南安淳自主研发的等温变换工艺是变换工艺的创新,该工艺将换热器置于反应器催化剂床层,通过副产蒸汽的方式移去反应热,保持催化剂床层低温、恒温反应,省去多个变换炉和换热设备,大大缩短了流程。该工艺采用了先进的全径向变换技术,系统阻力大幅度减少;变换反应温度可通过蒸汽压力灵活调节,操作简单。同时,由于设备台数减少,占地面积少,装置投资也大大降低。丰喜临猗是最早进行等温变换工艺工业化实践的合成氨厂家之一,在等温变换工艺工业化生产实践中,做到了催化床温度低、平面温差小,进口一氧化碳含量45%-48%的情况下,出口一氧化碳含量0.4%~0.6%,极大提高了一氧化碳的转化率,一个变换炉一步到位,能效比突出,典型示范作用明显,这也是等温变换技术在阳煤丰喜召开的主要原因。
中石化巴陵公司、中海油、内蒙古锡林河、山西阳煤、山西晋煤等来自全国40余家的化肥化工企业及工程公司近百名代表参加会议。会议考察了应用现场,简要回顾了变换技术的历史演变,重点就湖南安淳公司研发的等温变换技术能耗低、流程短、变换率高的历史性贡献进行了总结,提出了进一步发展和推广应用的方向。
传统合成氨生产使用固定床间歇气化工艺,半水煤气中一氧化碳含量在30%左右,一氧化碳变换多采用中低低、中串低、全低变流程工艺,多段反应、多次换热调节温度的方式,流程相对复杂、热损失大、蒸汽消耗高、设备投资大。随着化肥工业的发展,合成氨装置大型化已经成为国内外的主流趋势,目前全国年产30万吨以上的合成氨企业已经有80多家,大型合成氨系统造气多采用航天炉、壳牌水煤浆炉等气化技术,气化粗煤气中一氧化碳含量在50%~76%,高浓度一氧化碳、高硫分使传统变换技术已不能适应大型合成系统的工艺要求。而湖南安淳公司研发的CO等温变换工艺的精髓在于:大型化、高CO含量、高热回收率(全部反应热产生3.7MPa蒸汽),一炉一段深度变换,CO即降至0.4%~0.6%,达到工艺要求,且反应温只260℃。真正简化了流程、降低了系统阻力、提高了变换率和有效能的利用率、减少了系统投资,实现了变换工艺历史性的新突破,能满足大型化肥生产节能与环保的要求,推广应用社会经济效益显著。