净化车间变换岗位技术操作规程

净化车间变换岗位技术操作规程

一、岗位生产原理及工艺流程

(一)、目的和任务

本岗位的主要目的是将来自压缩工段的半水煤气中加入

适量的蒸汽，在一定的条件下，借助触媒的催化作用，使其

中的co变换为C02和H2；同时根据生产的实际需要调节控制

变换出口的co在合理的范围内。

(二)、生产原理

1、变换反应方程式如下：t,

催化剂

(位—

CO+H2CO2+H2+Q

从式中可以看出，此反应为可逆、放热、反应前后气体

体积不变的反应。此反应的速度比较缓慢，只有在催化剂存

在的情况下才具有较快的反应速度。

2、变换反应的化学平衡

2.1平衡常数

在一定条件下，当变换反应的正、逆反应速度相等时反

应达到了平衡状态，各组份的浓度保持不变，其平衡常数为:

Kp—(PcO2,PH2)/(Pco,P1120)=(YC02*YH2)/(YcO,YH20)

式中Pco2,PH2,PCO,PH20为各组份平衡分压。Yc02,YH2,Yeo,

Y侬为各组分平衡组成。

平衡常数表示反应达到平衡时，反应物和生成物之间的

数量关系。Kp值越大,(YC02•YH2)越大或(Yco・Y侬)越小，

说明原料气中co转变的越多，变换气中残余的co越少。

2.2变换率

变换率表示co的变换程度。定义为已变换的co与变换

前co含量的百分比，可用下式计算。

X=［（a-b）/a］X100%

式中a—反应前CO的含量

b—反应后CO的含量

也可以用反应前、后各组分体积数计算

X—［（Vco—V，co）/Vco（1+V，co）］X100%

Vco,V,co为反应前后CO的含量

3、影响平衡的因素

3.1温度的影响

从反应方程式中可以看出，温度降低平衡常数增大，反

应向右进行，因而平衡变换率增大，变换气中残余co含量

减少。（但提高温度可以加快反应速度，因此在实际生产中

同一气体组成和汽气比的条件下，选择最适宜温度，使它既

有利于co平衡变换率的提高，又能使反应速度加快，以达

到最佳的反应效果。）

3.2蒸汽添加量的影响

增加蒸汽用量，也就是增加反应物，反应向右进行，因

而平衡变换率增大，变换气中残余co含量减少。（在同一温

度下，蒸汽用量增大，平衡变换率随之增大，但增加的趋势

是先快后慢，因此蒸汽用量过大，变换率的增加并不显著，

却增大了蒸汽消耗量，还会引起低变触媒的反硫化，所以实

际生产中要选取合适的汽气比。

3.3压力的影响

变换反应是等分子反应，反应前后气体总体积不变，压

力对平衡没有影响，但提高压力可增加变换的反应速度，提

高系统的热利用率，减少动力消耗。

3.4副反应的影响

在变换反应中，不同的温度、压力和催化剂存在的条件

下，还会发生如下一些副反应：

2co=C+C02+Q

2C0+乩=CH.,+CO2+Q

CO+3H2=CH4+H02+Q

C02+4H2=CH”+2H02+Q

以上反应都是体积减小的放热反应，因此温度越低，压

力越高，越有利于副反应的进行，这些副反应产物的生产，

不但消耗了合成氨原料的有效成分氢，而且会降低合成氨的

生产能力。特别是析出的碳附着在变换触媒的表面，使催化

剂活性降低。实际生产中以上副反应一般不易发生。

在实际生产中，水碳比和变换炉温并非越高越好，都有

其最适宜的控制范围。一般从经济的角度考虑，在保证变

换率的前提下，应尽可能节约蒸汽。变换反应为放热反应，

为使反应温度接近最适宜温度曲线，而且变换出口的co含

量达到所要求的指标，触媒采用分段装填的方法，每段之间

都有换热装置，用来移去反应产生的热量，在控制温度上,

下段比上段要适当低些。

4、变换反应的机理

一氧化碳与水蒸气的反应如果单纯在气相中进行，即使

温度在1000C以上，水蒸气用量很大，反应的速度仍然很

慢，这是因为在变换反应时，首先使水分子的氢一氧键断裂,

然后CO与氧原子合成C02,两个氢原子生成氢分子。水分子

的氢一氧键能很大，欲使H—o—H断开必须有很大能量，因

而变换反应是比较困难的。当有催化剂存在时，反应按下面

步骤进行：

⑴反应物吸附

[K]+C0-[K]CO

[K]+H20f[K]H20

⑵表面反应

[K]C0+[K]H20f[K]H2+[K]C02

⑶生成物脱附

[K]H2f[K]+H2

[K]CO2-[K]+CO2

式中[K]表示催化剂

[K]CO、[K]CO2、[K]口0、[K]口表示中

间化合物。

即水分子首先被催化剂的活性表面吸附，并分解成氢和

吸附态的氧原子。氢进入到气相中，氧在催化剂表面形成氧

原子吸附层。当co撞击到氧原子吸附层时，既被氧化成C02,

随后离开催化剂表面进入气相，然后催化剂表面由吸附分

子，反应继续下去。反应按这种方式进行时，所需的能量小,

所以变换反应在催化剂存在时速度就可以大大加快。

在反应过程中，催化剂可以改变反应进行的途径，降低

反应所需的能量，缩短达到平衡的时间，加快反应的速度，

但它不能改变反应的化学平衡，反应前、后催化剂的数量和

化学性质不变。

5、工艺选择

一氧化碳变换工艺有：中温变换工艺、中温串低温变换

工艺和全低变工艺。我公司采用的全低变无饱和塔工艺较前

两种工艺比较有以下优点：

(1)、活性温度低，具有较宽活性温区，一般为160〜

500℃,与传统中变或中串低比催化剂床层温度下降了100〜

200℃,变换反应远离平衡，加大反应推动力，可以采用更

低的汽气比，从而节约蒸汽耗量。变换气中过剩蒸汽大幅度

减少，实际蒸汽消耗减少50%以上，同时降低了系统阻力，

减少了压缩机功率消耗。

(2)、避免Fe-Cr系中变换催化剂在低汽气比时，使中

变催化剂中的Fes。,被还原成金属铁，破坏中变催化剂的晶格

结构，使强度下降，活性衰退，寿命缩短。

(3)、对半水煤气脱硫的工艺指标可以放宽。

(4)、耐硫低温变换触媒的空速为中变触媒的二倍，触

媒装填量减少一半，变换炉能力提高一倍。

(5)、由于系统温度下降，换热量减少，改善了设备维

修条件同时减小占地面积，降低了消耗。

(6)、解决了中串低或中低低流程中铁路系中变催化剂

在低汽气比下的过度还原及硫中毒。

(三)、工艺流程

1、主要流程

(1)、气体流程

从压缩机来的温度W35C,压力2.4MPa,总硫80〜150

mg/m3,CO含量37%左右的半水煤气，依次经丝网除油过滤

器、净化炉后，彻底清除油污杂质，进入前热交换器管内，

与管间的变换气换热后，补加水蒸气，再经后热交换器管内，

被管间的变换炉一段出口气体加热到260C后，进入预变炉

上层、中层除去氧和其他对催化剂有毒的物质后，温度达

287℃左右，到预变炉下层，喷水冷激到200C后出预变炉；

从变换炉顶部进入一段床层进行变换反应，一段床层达

350℃左右。从一段床层出来的变换气进入后热交换器管间

与管内的半水煤气换热降温，然后进入增湿器上段，喷水

增湿继续降温至200C后，进入变换炉二段床层进行变换反

应，二段床层温度达286℃左右；从变换炉二段床层出来的

变换气进入增湿器下段，喷水降温至195℃；然后进入变换

炉三段床层进行变换反应，三段床层温度250℃左右，从三

段床层出来的变换气进入前热交换器上段管间与管内的半

水煤气换热降温到180—230℃后，进入中温水解炉，进行有

机硫的水解转化，然后进入前热交换器的下段管间再与管内

的半水煤气换热降温到130℃,进入水加热器与外工段来的

脱盐水换热降温到70〜80℃后，进入变换气水冷却器继续降

温到35℃以下，通过变换气分离器分离水分之后，送往二次

脱硫工序。

（2）、升温硫化流程

来自罗茨鼓风机出口的升温气体（DN350）经一电加热

器、二电加热器加热后，与来自CS2储槽的CS2混合（DN600）

进入预变增湿炉、变换炉，对抗毒剂、催化剂进行升温硫化,

从变换炉出来经前热交换器，进水加热器、冷却器、变换气

分离器对气体进行降温分离后，回罗茨鼓风机进口循环使

用。

对变换炉各段单独进行硫化时，可在变换炉一段出气管

线，二、三段进出气管线上加盲板，升温气体分别进变换炉

各段对催化剂进行升温、硫化后，经各段出气管线上放空管

放空。

（3）、蒸汽流程

来自蒸汽总管的蒸汽（DN150压力2.5MPa温度240C）

进入蒸汽汽水分离器，然后分两路：分别进入1#变换和2#

变换，在每套变换系统中又分两路：一路进丝网除油过滤器,

用于清洗滤网；另一路进入前热交换器半水煤气出口总管与

半水煤气混合，用于变换反应。

（4）、冷脱盐水流程

来自脱盐水站的脱盐水（压力1.2MPa温度30℃）进入

水加热器管程与壳程变换气换热温度升到70C左右回锅炉

热力除氧站。

（5）、热脱盐水流程

来自锅炉除氧站的脱盐水（温度80℃）,进脱盐水贮槽后

由喷水泵加压后（压力2.6MPa）分别进入预变增湿炉三段（为

半水煤气增湿调温后，与半水煤气混合进入变换炉一段），

增湿器一、二段，分别为来自变换炉一段、二段的变换气增

湿降温，再进入变换炉二段、三段进行变换反应。

(6)、冷凝液流程

由水加热器、变换气分离器排出的冷凝液进入冷凝液贮

槽，由自调阀调节控制液位，冷凝液外送到锅炉烟气脱硫和

型煤岗位做工艺用水的补充水。

(7)、循环水流程

来自压缩空分系统的循环水(压力0.4MPa温度32C)

进入冷却器壳程与管程的变换气换热后温度升到38℃回到

回水总管，返回压缩空分循环水冷却塔。

2、副线

(1)、半水煤气不经过丝网除油过滤器直接到丝网除油过

滤器出口。

(2)、净化炉出口半水煤气直接到后热交换器半水煤气出

口。

(3)、变换炉一段出口到后热交换器变换气出口。

(4)、前热交换器一段变换气出口到前热交换器二段变换

气进口。

（5）、预变增湿炉进口到变换炉一段进口管。

（6）、预变增湿炉进口到变换炉二段进口管。

（7）、预变增湿炉进口到变换炉三段进口管。

3、自调：

（1）、预变增湿炉三段喷水自调采用变换炉一段进口温度

与喷水流量串接调节。

（2）、增湿器一段喷水自调采用变换炉二段进口温度与喷

水流量串接调节。

（3）、增湿器二段喷水自调采用变换炉三段进口温度与喷

水流量串接调节。

（4）、蒸汽调节阀采用配比、温度双调节。

（5）、冷凝液贮槽液位自调。

（6）、蒸汽总管压力自调。

二、岗位生产操作及工艺指标

（一）、正常操作要点

变换的正常操作，关键在于熟悉流程，掌握设备结构以及

变换反

应的基本理论及特点，要经常注意前后岗位的变化，加强联

系，勤检查，细调节，稳定生产保证工艺指标。

(1)用添加蒸汽的办法，控制汽气比在0.3~0.4左右。

(2)用煤气副线和调节预变增湿炉三段喷水量及蒸汽

加入量的办法控制变换炉一段触媒温度。

(3)用调节增湿器一段喷水量和后热交副线的办法来

控制变换炉二段进口温度，从而达到控制二段触媒温度的目

的。

(4)用调节增湿器二段喷水量的办法来控制变换炉三

段进口温度，从而达到控制三段触媒层温度的目的。

(5)变换炉各段温度的调节。以各段“灵敏点”温度

的变化来判断，可及时发现触媒层温度的波动，从而达到控

制床层温度。

(6)用调节水加热器的脱盐水量，冷却器的冷却水量

来控制变换气出工段气体温度。

(7)生产负荷增减，应及时调节蒸汽用量、喷水量和

副线开启度。

(8)要经常巡回检查，注意各泵运转情况，油位高低,

泵出口压力和电机的变化，及时排放各导淋阀，排放过滤器

油水。

(9)短期停车，计划检修时，应保持系统处于正压状

O

对耐硫全低变正常操作，主要是控制好催化剂床层温

度，防止催化剂反硫化，防止催化剂污染。生产中要注意

以下：

1、稳定操作，根据负荷大小及半水煤气成分的变化，调

节适量的汽气比、喷水量以及相关换热器的主副、线开度,

控制触媒层温度在指标以内，确保变换气中co含量在控制

指标内，并报知煤气中总硫含量eiOOmg/Nn?

2、控制好催化剂床层温度

⑴控制在活性温度范围。随时注意观察变换炉床层灵

敏点和热点温度的变化情况，以增减蒸汽，配合煤气副线

阀调整炉温，使炉温波动在±10℃范围内，尤其在加减量

时要特别注意，不能超温，床层入口温度比气体露点温度

高30℃o

⑵尽量控制在操作温度的下限。在全低变和中-低-

低流程中，各段低变催化剂床层温度应从上而下降低，最

后一段床层入口温度应尽量控制在操作温度的下限。

⑶根据催化剂使用情况，调整适当汽气比和适当床层温

度。

低变催化剂使用初期床层温度应尽量控制在低限，以后逐

步提高，一般每年提温不超过10℃。

⑷要充分发挥催化剂的低温活性，在实际操作中关键

是稳定炉温，控制好汽气比，床层操作温度波动范围不要

超过±5℃/h。

3、生产中如遇突然减量，要及时减少或切断蒸汽与喷淋

冷激水供给。临时停车，先关喷淋冷激水，同时关蒸汽阀;

计划停车前适当减少蒸汽，系统要保证正压。

4、催化剂保护措施

⑴稳定操作，控制适当的汽气比和硫化氢含量，防止

出现反硫化反应，根据低变催化剂的操作温度，在保证所

需变化率的前提下，尽量控制低的汽气比；气体中硫化氢

含量应控制在满足操作条件需要的最低限，并确保出系统

变换气成分在指标范围内。

⑵严格控制进入低变催化剂床层工艺气体中的氧含

量。氧不能超过0.5%,特别是全低变流程，禁止对工况不

正常情况采用增大蒸汽的办法进行处理，如因氧含量跑高

引起床层温度上涨时，应开大半水煤气副线或通过减量来

降低炉温，直至切气，严禁用加大蒸汽量的方法压温。由

于低变催化剂活性好，加大蒸汽量反而会使变换反应剧烈,

炉温严重超温，造成反硫化。

⑶保证工艺气体干净清洁。不能夹带粉尘和其他杂质，

特别是全低变流程。严禁油类物质进入低变炉，要加强对

半水煤气的净化，防止水、油类进入变换炉内，丝网除油

过滤器、净化炉、蒸汽水分离器每小时排放一次，并将油

水排净。

⑷加减量应缓慢，幅度不宜太大，每次加减量应以

3000m7h为宜。防止炉温波动过大，大幅减量或临时停车时,

应立即相应的减少蒸汽、喷淋冷激水进入量，甚至切断蒸汽

和喷淋冷激水，防止短期内汽气比过高引起反硫化反应，导

致催化剂失活。

⑸严禁带水入炉。水进入催化剂床层后，不但造成催

化剂水溶性组分流失，影响催化剂活性；而且水溶性组分

在催化剂颗粒间进行粘接形成“桥梁”，增大床层阻力。

（二）、工艺指标

1、压力

1.1入工段半水煤气压力W2.2MPa

1.2入工段蒸汽压力22.4MPa

1.3喷水压力22.5MPa

1.4系统压差WO.IMPa

2、温度

2.1半水煤气进系统温度W40C

2.2预变增湿炉进口温度250〜260C

2.3变换炉

⑴一段进口190〜210℃

一段热点温度340〜370±10℃（根据生产实际情况，分

期控制）

⑵二段入口190〜200℃

二段热点温度260〜290±10℃（根据生产实际情况，分

期控制）

⑶三段入口190〜200c

三段热点温度210-240±10℃（根据生产实际情况，分

期控制）

2.4中温水解炉

进口180〜230℃（根据生产实际情况，分期调整控制）

2.5出工段变换气温度W40C

3、气体成份

3.1半水煤气

02^0.5%C032〜37%进口总硫2lOOmg/n?

3.2出工段变换气

C03%〜8%（依厂控制指标）

三、岗位常见事故的判断与处理

1、触媒层温度下降的原因及处理

主要原因是：

⑴蒸汽加入量小⑵冷煤气量大⑶煤气中co含量低

⑷触媒活性低⑸喷水量大⑹蒸汽带水

处理方法如下：

⑴适当加大蒸汽量⑵减少冷煤气⑶联系调度查明原

因

⑷查明原因，进行针对性处理

⑸适当减小喷水量⑹及时排放

2、触媒层温度上涨的原因及处理

主要原因是：

⑴半水煤气中CO、含量增高⑵冷煤气量小⑶喷

水量小

处理方法如下：

⑴CO、。2稍高时，降低变换炉入口温度（加大冷煤气量），

同时减少入系统半水煤气量，必要时切气。

⑵增加冷煤气量⑶加大喷水量

3、出系统CO含量超标的原因及处理

主要原因是：

⑴汽气比小⑵蒸汽压力低⑶炉温波动大

⑷催化剂层有短路⑸换热器内漏⑹催化剂活性低

处理方法如下：

⑴适当加大蒸汽量⑵联系调度，提高压力⑶稳定操作

⑷停车处理⑸处理换热器

⑹增加进口汽气比，必要是适当提高煤气硫含量以防反硫

化的发生

4、催化剂反硫化的原因及处理

主要原因是：

⑴入口气温度高，热点温度高

⑵进系统H2s含量低⑶入口汽气比高

处理方法如下：

⑴降低入口温度⑵提高入口气硫含量⑶降低入口汽

气比

5、系统阻力大的原因及处理

主要原因是：

⑴触媒、保护剂或抗毒剂粉化或结皮⑵换热器堵塞

⑶预变增湿炉或增湿器填料层阻力大

⑷负荷大或阀门开度不够

⑸系统排污不及时，积水严重。

处理方法如下：

⑴更换新的触媒或吹除。

⑵停车处理⑶提高脱盐水质量或停车处理

⑷减小负荷或开大阀门。⑸及时排净积水

6、系统着火或爆炸的原因及处理

主要原因是：

⑴设备、管道漏气⑵系统氧含量高⑶系统超压

处理方法如下：

⑴用蒸汽或氮气灭火然后处理泄露点

⑵⑶紧急停车处理

7、泵不上水或上水量小或加不进水的原因及处理

主要原因是：

⑴喷头堵⑵泵内有气⑶进口液位低或抽空

⑷活塞间隙大⑸进口阀板掉

处理方法如下：

⑴反吹喷头⑵排气⑶提高脱盐水贮槽液位

⑷倒泵检修⑸停泵检修

8、水泵电机温度高或电流高的原因及处理

主要原因是：

⑴负荷大⑵润滑不良⑶电机受潮或内有杂物

⑷电机轴与泵轴不同心⑸机械密封面或密封坏

处理方法如下：

⑴降低负荷⑵倒泵检查⑶联系电工检查

⑷倒泵校正⑸倒泵更换

四、岗位正常开停车和原始开车

(一)、正常开停车

1、正常开车

⑴全面检查系统所属设备、管线、阀门，应符合开车要

求，联系相关人员检查仪表、电器设备灵敏好用。

⑵联系调度送中压蒸汽暖管，排放冷凝积水。如果炉温

低于200℃,系统不得进蒸汽，用电加热器进行升温，待炉

温达160c可导气。

⑶无论何种情况床层温度不得低于露点温度

(0.75MPa-120℃,1.35MPa-140℃),否则煤气中的蒸

汽将冷凝成水导致催化剂中的钾流失而影响活性。

⑷根据系统气量大小、压力高低情况，调整蒸汽加入量,

控制好汽气比。开车初期，负荷较小，系统压力低，汽气比

难以控制，易造成催化剂反硫化，此时适当减少蒸汽加入量,

以控制较低汽气比。给系统加蒸汽前，必须将蒸汽管内的冷

凝水排净，方可加入。

⑸开车初期系统热量较少，各部位温度较低，使用冷煤

气副线调温易使变换炉入口温度低而带水，应以蒸汽量调

节。调节蒸汽加入量，使炉温在正常范围内，出系统co含

量达标后，联系调度，缓慢打开系统出口阀，关放空阀，向

后工序送气转入正常生产。总之，系统以常压变换方式进行

初开车，一般系统压力控制在0.4MPa为宜。

2、停车

⑴短期停车

①接到调度或班长的停车通知后，准备停车，如有条件

适当提高床层温度。

②压缩发出停车信号后，关蒸汽阀和喷淋冷激水，系统

用煤气吹除30〜40分钟后，关系统进出口阀、导淋、取样

阀，保温保压。

③短期停车后，应随时观察，注意系统压力、床层温度,

一定保证床层温度高于露点温度30℃以上，当床层温度降至

露点温度以前，系统压力必须降至常压，然后以煤气、变换

气或惰性气体保压，严禁系统形成负压。

⑵长期停车

①全系统停车前，将变换炉以0.2MPa/min的速率降至

常压，并以干煤气或惰性气体气将催化剂床层温度降至小于

40℃,降温速率为30℃/h,关闭变换炉进出口阀门及所有测

压、分析取样点，并加盲板，并以煤气、变换气或惰性气体

保持炉内微正压（2300Pa）,严禁形成负压。

②必须检查催化剂床层时，需钝化降温或惰性气体（02

含量W0.1%）置换后，方能检查。仅能打开人孔，避免产

生气体对流使空气进入催化剂产生烟囱效应。

⑶紧急停车

①如因本岗位断水、断电、着火、炉温暴涨、设备出现

严重缺陷，不能维持正常生产，应发出紧急停车信号，待压

缩机发回切气信号后即可做停车处理。

②若接到外岗位紧急停车信号，也须得到压缩机发出切

气信号后可做停车处理。

③及时切断蒸汽、喷淋冷激水，以防止短期内汽气比剧

增，引起反硫化，导致催化剂失活，迅速关闭系统进出口阀,

以及相关阀门，然后联系调度根据停车时间长短再做进一步

处理

（二）、原始开车

系统吹扫、置换、填料装填、升温硫化、单体试车等具

体方案另附。

原始开车是指设备安装完毕或大修完毕后的开车，其开车

步骤如下。

⑴对照图纸，全面核对所有设备是否安装就绪；所有管

线、阀门是否连接配齐；所有仪表管线、测温点、压力表是

否配置齐全；所有电气开关及照明安装是否正确、开关是否

灵活。

⑵当全面检查无疑后，按照规定的程序和方法用空气将

设备及管线内的灰尘杂物吹除干净，吹除时要排放各处导

淋、放空，有死角的地方松开法兰，然后再拧紧。

⑶吹除工作完毕后，用空气对系统进行试压，试压压力

为工作压力的1.2倍，无泄漏，合格。

⑷试压合格后，进行变换炉催化剂、净化炉除油剂及预

变炉保护剂、抗毒剂的装填工作。装填过程中，一定要按照

生产技术指标要求进行，轴向虚实程度均匀，上部平整，防

止杂物带入。

⑸装填完毕，封闭全系统，再用空气吹净触媒粉。

⑹用惰性气或氮气置换，由压缩机送置换气，打开系统

进气总阀，打开各处导淋、放空阀，按置换气流向顺序取样

分析氧含量W0.5%合格，关各处放空、导淋阀，关进气总

阀，系统保持正压。置换要彻底，不留死角，保证安全。

⑺催化剂升温硫化。

全低变催化剂，宽温耐硫，其主要活性组分为钻和铝，使用

前呈氧化态，需经升温硫化为硫化态后才具有活性。根据不

同型号催化剂的性质，