山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司“30·52”尿素联产70 kt/a液化天然气项目于2015年12月28日成功投产，迄今已稳定运行3年以上。该项目的变换装置采用水冷移热变换工艺，水移热变换炉选用杭州林达化工技术工程有限公司绕管反应器技术，为国内较早投运的几套大型水冷移热变换装置之一，经历了长周期生产的检验。

变换装置以来自水煤浆加压气化装置的粗煤气和焦炉气混合气为原料气，经2台变换炉使气体中的CO含量降至设计要求，其中：第1台变换炉采用水移热变换，第2台变换炉采用绝热深度变换。设计要求：处理气量约240 000 m³/h(标态)，粗煤气中含CO约39.0%(干基，物质的量分数，下同)，1^#变换炉出口气体含CO降至≤1.2%，2^#变换炉出口变换气含CO≤0.4%。变换装置工艺流程如图 1所示。

图 1

变换装置工艺流程

来自气化装置的粗煤气与焦炉气混合(温度206.5 ℃，压力3.59 MPa)，经气液分离器分离出工艺冷凝液后进入煤气预热器壳程与移热变换后的气体换热，再进入脱毒槽。脱毒槽1开1备，主要用于除氧、阻挡煤灰等固体杂质。过滤脱除煤灰后的煤气进入移热变换炉(1^#变换炉)进行变换反应，变换后的气体经煤气预热器管程加热进1^#变换炉的粗煤气，然后进入绝热变换炉(2^#变换炉)进行变换反应，并可根据运行情况通过激冷汽化器补入锅炉水来调整CO变换深度(目前未补入锅炉水)。经2^#变换炉绝热变换后的变换气(CO含量降至0.4%以下)依次经工艺冷凝液预热器、低压废热锅炉、锅炉水预热器、蒸汽冷凝液预热器、脱盐水预热器及1^#~4^#气液分离器回收热量降温，然后经水冷器冷却至40 ℃，再经5^#气液分离器洗氨分液后送至低温甲醇洗装置。1^#~4^#气液分离器分离出的工艺冷凝液经工艺冷凝液预热器预热后送至气化装置；5^#气液分离器分离出的工艺冷凝液经汽提塔汽提后，液相送气化装置，解析气去高点放空。

1^#变换炉塔顶汽包副产4.30 MPa(表压)饱和蒸汽，经过2段变换后的变换气在低压废热锅炉副产0.50 MPa(表压)饱和蒸汽。

1^#变换炉装填Φ 4 mm×6 mm QDB-06型变换催化剂78 m³，2^#变换炉装填Φ 4 mm×6 mm EB-6型变换催化剂75 m³。

(1) 流程上设置两级变换，1^#变换炉解决了变换反应过程中的放热问题，出口气体温度低，利于CO更接近于平衡浓度，变换装置的绝大部分反应热通过副产中压蒸汽予以回收，有效降低了第2段变换反应的负荷；2^#变换炉仅在1^#变换炉内变换催化剂活性逐渐衰退时起到把关作用。整个工艺流程短，配置合理。

(2) 生产控制手段多，2台变换炉进口均设置了补水口和补汽口，可以满足不同负荷、催化剂不同使用阶段的生产，调节更加灵活。该装置投运3年来，出口变换气中CO含量基本无变化。

(3) 1^#变换炉采用绕管反应器技术，内件每根缠绕管为等长无缝钢管，内部无焊接点，本质安全可靠；管子两端连在壳体上，焊缝质量可通过内部充压外部进行检查，保证安全连续生产。变换炉的锅炉水系统采用自然循环。

(4) 一级变换副产压力4.30 MPa以上蒸汽，设计时考虑补入变换装置，避免使用外部高压蒸汽。

(5) 高位反应热用于加热工艺冷凝液、锅炉水和蒸汽冷凝液，低位热能用于副产低压蒸汽和加热脱盐水，热量得到充分回收。

变换装置主要设备如表 1所示。

通过3年多运行，移热变换+绝热变换工艺的可靠性得到了充分验证。通过移热变换将换热元件与反应器合二为一，可以省去相关的换热和热能回收设备，简化工艺流程，减少设备数量。移热变换流程催化剂装填量仅约为传统工艺的75%，变换炉及催化剂投资比传统绝热流程减少约20%^[1]。

绕管水冷反应器因其具有设备结构可靠、传热效率高、检修方便等特点，不仅在甲醇合成装置中得到应用，在变换装置中也得到了广泛应用。采用移热变换工艺将换热元件置于反应器内，通过汽包锅炉水吸收工艺余热副产蒸汽的方式移走反应热，保持催化剂床层恒温，促进反应向平衡方向移动，从而可减少催化剂用量。