合成气变换水汽比和变换率的计算及应用

王传亚 王 瑞 毛相林

（濮阳龙宇化工有限责任公司，河南 濮阳 457000）

某公司变换工序将来自航天炉气化工序的合成气，在触媒的作用下进行耐硫变换，使合成气中CO与H2比例满足甲醇合成需要后送入净化工序，同时利用余热副产0.5 MPa和1.4 MPa的低压蒸汽。

变换反应是一个可逆放热、等体积的化学反应，从化学反应平衡角度来讲，提高压力对化学平衡没影响，但是降低反应温度和增加反应物中水蒸汽量均有利于反应向生成CO2和H2的方向进行。

变换工序变换催化剂采用QDB-04一氧化碳耐硫变换催化剂，反应剧烈，工况易波动。由于在线水汽比及在线变换率分析仪一直不能正常投用，因而导致变换炉调节难度大，出变换工段的气体成分波动大。在线分析仪在使用过程中存在几个缺点：仪器费用高；技术要求高，维护难度大；维护费用高，每年的维护费用高达5万元。

笔者根据实际情况总结出一套计算方法，将计算值、设计院给出的理论值和在线分析的分析值进行对比，发现误差都在1%以内。据此对2项在线分析仪进行技改，只需将其算法植入计算机，就可以实现在线显示，而无需投用2项在线分析仪。

1 算法特点

化学方程式：

如图1所示，本算法工艺必须具备以下几个特点[1-2]：

1)从气化工段来的粗煤气出自水洗塔，这样的水煤气是饱和气体，适合饱和蒸汽压的计算公式：

2)进变换炉有进料分离器，分离饱和气体中的液态水，这时计算适合饱和蒸汽压的计算公式；

3)出变化工段有变换气分离器，主要是分离饱和气体中的液态水，这时的气体适合蒸汽压的计算公式。

2 水汽比与变换率的计算

2.1 气化炉变换气的水汽比

1)饱和蒸汽压pS的计算。由安托尼方程可得：

式中，θ为变换进料分离器出口粗煤气温度。

2)进变换炉粗煤气水汽体积比X的计算：

式中，p系为变换进料分离器出口管道压力。

2.2 变换率的算法

1)计算依据。因为变换工段的反应是一氧化碳和水的反应，如果只考虑干气，则变换工艺的反应实质上是体积增大的反应，因此只需比较进变换工段的粗煤气量和出变换工段的变换气的量即可得出变换气中CO的含量。进变换工段的粗煤气指出气化工段洗涤塔的煤气；出变换工段的变换气，指出变换气分离器（也称除氨塔）的变换气，2种气体都经过水洗涤，故2种气体都是饱和气体。

2)粗煤气中水蒸汽的饱和蒸汽压：式中，θ为出气化洗涤塔气体温度。

出气化洗涤塔粗煤气的干气体积流量（标准状态）qV,粗干：

式中，qV,粗为出气化洗涤塔粗煤气体积流量，p粗为气化工段洗涤塔出口管道压力。

3)变换气的干气。变换气分离器出口气体温度温度多为35℃以下，此时的饱和蒸汽压约为5 kPa，变换气中的水蒸汽含量较小，因此变换气出分离器的体积流量qV,变约等于变换气干气体积流量qV,变干。

4)变换气中的CO含量计算。气化炉粗煤气的在线分析仪，其中有CO的体积分数，即φ(CO)表示粗煤气中CO的在线分析数据，φ′(CO)表示变换气中CO的体积分数，则：

3 结束语

变换气中的CO含量计算用到2个流量计的流量指示和1个在线分析指示，根据经验，在线分析的数据较为准确，可以在公式中参与计算。但是在实际生产中气体流量较大，难免与实际有误差，且为2个流量，因此建议在使用本公式时，应认真计算，总结各种工况的计算值和测量值，然后对流量添加适当系数，对流量计的测量值进行修正，以便计算出的理论值更加贴近实际值，从而可以取代在线分析仪。

[1]王双成,成弘璐.水的饱和蒸汽压的计算[J].河南化工,1999(11):29-30.

[2]吴德荣.化工工艺设计手册[M].4版.北京:化学工业出版社,2009.