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摘 要：本文是以壳牌煤气化气源作为变换系统的原料气源，阐述 CO 变换装置的工艺过程及特点，壳牌煤气化技术中的CO 变换设计在产生 CO 的过程中，对变换系统超温的原因和实际生产中的弊端进行分析，根据实践分析提出优化 CO 变换装置的设计方案建议。文章还重点介绍了与壳牌粉煤气化技术相匹配的三种具有代表性的高摩尔分数 CO 变换技术，同时对与壳牌粉煤气化技术相匹配的高摩尔分数 CO 变换技术的发展前景提出了一些建议。
关键词：壳牌煤气化 CO 变换技术 高摩尔分数
随着改革开放，社会主义经济建设的高速发展，越来越多的居民使用上了管道煤气，过多的需求导致许多中小城市也纷纷加快了煤气厂建造的规模与数量，但是过多的煤气厂建造必然导致CO的排放过量，因而为了走可持续性发展的环保道路我们就必需要降低煤气中CO含量。现阶段，煤气化技术作为高效转化的核心技术在煤炭清洁方向的发展是非常迅速的，是降低煤气排放气体中CO含量的切实而有效的方法。
一、浅析CO变换的工艺设计
1.CO变换的基本原理。
通过技术手段，将煤气厂排放尾气中的CO变换成同样可以燃烧但不会导致人们中毒的H2的过程。这个过程就是CO的变换过程。CO的变换过程主要包括以下两个反应：
如图所示，CO通过化学反应变换为H2、CO2和H2S三种气体，这三种气体都可以通过后续工序进行脱除，不会对人们和大气造成危害。
2.CO变换工艺的条件。
2.1温度对CO变换反应的影响
CO变换反应的主要特点在于放热反应是可逆的，如果温度降低，平衡常数变大，反应推动力则变大，对反应速度有利。前期反应过程中，因距离反应平衡段尚远，虽然未达到最佳的反应温度线，但仍具有较高的反应速率。随着反应的继续进行，温度应逐渐降低，所以需要从催化剂中不断的移去热量。由此可见，各方面因素决定了变换过程中的温度。
2.2水 / 气比高低对CO变换的影响
对CO变换的设计来讲，水气比过高或者过低都是不利的。
2.3全气量变换和部分气量变换
在CO变换过程中，对合成氨方面来讲，因需要将CO转换成H2和CO2，所以通常需要全气量通过变换炉进行CO变换；而对于合成甲醇而言，全气量变换或者部分气量变换都可以在CO变换中进行应用。
2.4工艺冷凝液的汽提
在CO变换设计中通常采用将部分的冷凝液汽提除氨的方法防止变换冷凝液中氨的累积。然而，在实际的汽提系统运行过程中，铵盐结晶容易堵塞氨汽提塔塔顶冷凝系统。一般在汽提塔分离器处至塔顶水冷器之间发生该类現象，为解决该问题，工艺上应考虑对汽提塔分离器至塔顶水冷器管线、液位计的伴热以及汽提塔分离器气相管线等设备布置时，考虑缩短汽提塔分离器和塔顶冷凝器之间的间距并保证两者之间的高度差，使得从塔顶冷凝器冷凝后的工艺冷凝液依靠重力自流进入汽提塔分离器，配管时两个设备之间的管道尽可能短并且不能有袋形。
二、三种壳牌粉煤气化配套的典型CO变换技术
1.高水气比CO变换技术
高水气比CO变换技术也叫高水气比高摩尔分数 CO 耐硫变换工艺流程，这项流程技术的特点是一次性把足量的中压过热蒸汽添加到煤炭炉中，在预变炉之前通常保持水气比在 1.40水平以上，之后使CO变换反应分段进行，每段反应之间添加少量或者不加激冷水对CO变换气的温度和水气比进行微调，反应热通过换热或段间废锅等方式移除，最终的变换结果是 CO 摩尔分数不高于 0. 4%。
2.低水气比CO变换技术
低水气比CO变换技术也叫低水气比高摩尔分数 CO 耐硫变换工艺流程，这项流程技术的特点是不在第一变换炉入口处添加蒸汽，而是利用粗煤气自带的水蒸气进行CO的变换反应，在后续各变换炉入口添加适量的工艺冷凝液和蒸汽，把水气比在个阶段变换炉入口的数值均控制在 0.5 以下，最终变换气出口 CO 摩尔分数一般可不高于 0.4%。
3.低串中水气比CO变换技术
低串中水气比CO变换技术也叫低串中水气比高摩尔分数 CO 耐硫变换工艺流程，这项流程技术的特点是不在预变换炉入口处添加蒸汽，与低水气比CO变换技术一样利用粗煤气自带的水蒸气进行CO变换反应，不同的是把蒸汽和工艺冷凝液在第一变换炉入口进行添加，使水气比数值维持在 0. 95 左右，然后分段进行CO变换反应，段间添加少量或不加激冷水对变换气的温度和水气比进行微调，反应热通过换热或段间的废锅等方式移走，最终变换气出口CO 摩尔分数一般可不高于 0.4%。
4.三种CO变换技术点评。
通过对以上三种高摩尔分数 CO 变换技术过程分析，结合其实际操作运行状况，我们可以得出：高水气比变换技术的装置在现行煤气化CO变换过程中被使用较多，但这种技术装置同时也存在着较多问题，只有不断的对这些装置进行技术改造，才能跟上现代CO变换的技术更替，所以如果高水气比CO变换技术无法突破解决目前CO变换技术中存在的主要问题，那么能否在将来配套壳牌粉煤气化工艺CO变换装置上继续采用高水气比变换技术就未尝可知了；我们认为低水气比高摩尔分数 CO 变换技术是一种可靠、成熟、节能的CO变换技术，低串中水气比高摩尔分数CO 变换技术是在对高水气比变换技术进行改进和低水气比变换技术的集成的基础上研发的，这项技术适用于高水气比变换装置或者新建变换装置的技术改造。
三、结束语
壳牌煤气化过程中CO变换工艺技术是否成熟先进可靠，主要取决于在装置投资、催化剂寿命、操作控制、低位热能利用和高位热能回收等方面，尤其是在如何降低能耗、如何稳定的运行系统以及如何延长催化剂寿命等方面是现在CO变换技术研发的难点和重点，但这也是我们技术人员在改进壳牌粉煤气化CO变换技术中需要为之努力和突破的方向。
参考文献
[1]李练昆. 合成氨装置一氧化碳变换单元技术改进分析[J]. 大氮肥，2011，34（ 2） ： 109-111.
[2]许若超. 一氧化碳变换系统优化及其效果分析[J]. 大氮肥，2009，32（ 1） ： 67-69.
[3]石自更，王峰. K8- 11 和 QDB- 04 型耐硫变换催化剂在壳牌粉煤气化制甲醇装置的应用[J]. 化肥设计，2009，47（2）：33- 36.
[4]孙凤伟.煤气化技术研究与发展[J].辽宁化工，2010（5）：526- 528.
关键词：壳牌煤气化 CO 变换技术 高摩尔分数
随着改革开放，社会主义经济建设的高速发展，越来越多的居民使用上了管道煤气，过多的需求导致许多中小城市也纷纷加快了煤气厂建造的规模与数量，但是过多的煤气厂建造必然导致CO的排放过量，因而为了走可持续性发展的环保道路我们就必需要降低煤气中CO含量。现阶段，煤气化技术作为高效转化的核心技术在煤炭清洁方向的发展是非常迅速的，是降低煤气排放气体中CO含量的切实而有效的方法。
一、浅析CO变换的工艺设计
1.CO变换的基本原理。
通过技术手段，将煤气厂排放尾气中的CO变换成同样可以燃烧但不会导致人们中毒的H2的过程。这个过程就是CO的变换过程。CO的变换过程主要包括以下两个反应：
如图所示，CO通过化学反应变换为H2、CO2和H2S三种气体，这三种气体都可以通过后续工序进行脱除，不会对人们和大气造成危害。
2.CO变换工艺的条件。
2.1温度对CO变换反应的影响
CO变换反应的主要特点在于放热反应是可逆的，如果温度降低，平衡常数变大，反应推动力则变大，对反应速度有利。前期反应过程中，因距离反应平衡段尚远，虽然未达到最佳的反应温度线，但仍具有较高的反应速率。随着反应的继续进行，温度应逐渐降低，所以需要从催化剂中不断的移去热量。由此可见，各方面因素决定了变换过程中的温度。
2.2水 / 气比高低对CO变换的影响
对CO变换的设计来讲，水气比过高或者过低都是不利的。
2.3全气量变换和部分气量变换
在CO变换过程中，对合成氨方面来讲，因需要将CO转换成H2和CO2，所以通常需要全气量通过变换炉进行CO变换；而对于合成甲醇而言，全气量变换或者部分气量变换都可以在CO变换中进行应用。
2.4工艺冷凝液的汽提
在CO变换设计中通常采用将部分的冷凝液汽提除氨的方法防止变换冷凝液中氨的累积。然而，在实际的汽提系统运行过程中，铵盐结晶容易堵塞氨汽提塔塔顶冷凝系统。一般在汽提塔分离器处至塔顶水冷器之间发生该类現象，为解决该问题，工艺上应考虑对汽提塔分离器至塔顶水冷器管线、液位计的伴热以及汽提塔分离器气相管线等设备布置时，考虑缩短汽提塔分离器和塔顶冷凝器之间的间距并保证两者之间的高度差，使得从塔顶冷凝器冷凝后的工艺冷凝液依靠重力自流进入汽提塔分离器，配管时两个设备之间的管道尽可能短并且不能有袋形。
二、三种壳牌粉煤气化配套的典型CO变换技术
1.高水气比CO变换技术
高水气比CO变换技术也叫高水气比高摩尔分数 CO 耐硫变换工艺流程，这项流程技术的特点是一次性把足量的中压过热蒸汽添加到煤炭炉中，在预变炉之前通常保持水气比在 1.40水平以上，之后使CO变换反应分段进行，每段反应之间添加少量或者不加激冷水对CO变换气的温度和水气比进行微调，反应热通过换热或段间废锅等方式移除，最终的变换结果是 CO 摩尔分数不高于 0. 4%。
2.低水气比CO变换技术
低水气比CO变换技术也叫低水气比高摩尔分数 CO 耐硫变换工艺流程，这项流程技术的特点是不在第一变换炉入口处添加蒸汽，而是利用粗煤气自带的水蒸气进行CO的变换反应，在后续各变换炉入口添加适量的工艺冷凝液和蒸汽，把水气比在个阶段变换炉入口的数值均控制在 0.5 以下，最终变换气出口 CO 摩尔分数一般可不高于 0.4%。
3.低串中水气比CO变换技术
低串中水气比CO变换技术也叫低串中水气比高摩尔分数 CO 耐硫变换工艺流程，这项流程技术的特点是不在预变换炉入口处添加蒸汽，与低水气比CO变换技术一样利用粗煤气自带的水蒸气进行CO变换反应，不同的是把蒸汽和工艺冷凝液在第一变换炉入口进行添加，使水气比数值维持在 0. 95 左右，然后分段进行CO变换反应，段间添加少量或不加激冷水对变换气的温度和水气比进行微调，反应热通过换热或段间的废锅等方式移走，最终变换气出口CO 摩尔分数一般可不高于 0.4%。
4.三种CO变换技术点评。
通过对以上三种高摩尔分数 CO 变换技术过程分析，结合其实际操作运行状况，我们可以得出：高水气比变换技术的装置在现行煤气化CO变换过程中被使用较多，但这种技术装置同时也存在着较多问题，只有不断的对这些装置进行技术改造，才能跟上现代CO变换的技术更替，所以如果高水气比CO变换技术无法突破解决目前CO变换技术中存在的主要问题，那么能否在将来配套壳牌粉煤气化工艺CO变换装置上继续采用高水气比变换技术就未尝可知了；我们认为低水气比高摩尔分数 CO 变换技术是一种可靠、成熟、节能的CO变换技术，低串中水气比高摩尔分数CO 变换技术是在对高水气比变换技术进行改进和低水气比变换技术的集成的基础上研发的，这项技术适用于高水气比变换装置或者新建变换装置的技术改造。
三、结束语
壳牌煤气化过程中CO变换工艺技术是否成熟先进可靠，主要取决于在装置投资、催化剂寿命、操作控制、低位热能利用和高位热能回收等方面，尤其是在如何降低能耗、如何稳定的运行系统以及如何延长催化剂寿命等方面是现在CO变换技术研发的难点和重点，但这也是我们技术人员在改进壳牌粉煤气化CO变换技术中需要为之努力和突破的方向。
参考文献
[1]李练昆. 合成氨装置一氧化碳变换单元技术改进分析[J]. 大氮肥，2011，34（ 2） ： 109-111.
[2]许若超. 一氧化碳变换系统优化及其效果分析[J]. 大氮肥，2009，32（ 1） ： 67-69.
[3]石自更，王峰. K8- 11 和 QDB- 04 型耐硫变换催化剂在壳牌粉煤气化制甲醇装置的应用[J]. 化肥设计，2009，47（2）：33- 36.
[4]孙凤伟.煤气化技术研究与发展[J].辽宁化工，2010（5）：526- 528.