如图 1所示，华昌化工公司一期420 kt/a合成氨装置变换单元设计总干气量为136 014 m³/h(标态)，粗煤气先经煤气过滤器除尘净化处理，然后经3台串联的变换炉进行CO变换反应，变换炉段间回收变换热副产2.5 MPa(表压)蒸汽，得到的变换气经余热回收及冷却分离后，合格的变换气送低温甲醇洗单元。

图 1

变换单元工艺流程

变换单元3台变换炉共装填QDB-03型耐硫变换催化剂144 m³；2台煤气过滤器互为开备，共装填保护剂46 m³。

采用纯氮气对催化剂床层进行升温，升温热源为蒸汽和电加热器，蒸汽规格为2.5 MPa(表压)过热蒸汽，电加热器额定功率为1 600 kW，可将介质升温至440 ℃。硫化时，采用老装置的煤气+ CS₂，硫化工艺气循环使用。

各台变换炉设置单独的入口升温管线，3台变换炉串联升温。当第1变换炉温度达到220 ℃、第2变换炉温度达到200 ℃、第3变换炉温度达到160 ℃以上时，开始配入氢气，控制循环气气量在15 000~17 000 m³/h(标态)、系统压力在0.1 MPa(表压)左右，确保单炉催化剂硫化空速在200~500 h^-1的合理范围内，使硫化介质与催化剂充分接触。随着硫化进程的不断深入，逐渐增加煤气及CS₂的配入量，以提高硫化工艺气中H₂S含量，使其体积分数达到1%左右，满足催化剂高温深度硫化的要求。整个硫化过程控制H₂S穿透前催化剂床层温度不超过300 ℃，坚持提硫不提温、提温不提硫的原则，控制硫化不超温。历经48 h升温、65 h硫化，共消耗CS₂约7 t，3台变换炉催化剂全部完成硫化。

催化剂硫化结束后，对各炉催化剂进行降温置换并调至合适温度，然后退出低压升温系统，升温硫化系统倒盲，以便具备催化剂导气条件。

导气时，坚持大空速、低压力的原则，一方面尽快将变换反应热带走以避免催化剂床层超温，另一方面避免煤气与催化剂接触产生凝液。首次导气成功后，第1变换炉催化剂床层最高温度不超过480 ℃，导气压力不高于2.0 MPa，约3 h后变换单元各项工艺指标趋于稳定，转入正常生产。

由于水煤浆加压气化技术制取的粗煤气中含CO体积分数不超过50%且水气比较高，不存在过度反应的风险，故导气时只要控制合理的空速即可将炉温控制在500 ℃以下，不会给设备带来任何安全隐患。

运行4年以来，粗煤气中的CO含量及水气比相对比较稳定，变换炉热点温度始终在催化剂床层，各变换炉催化剂基本达到CO变换反应平衡状态，故通过CO转化率无法直接判断各变换炉催化剂活性衰退的快慢。尽管如此，仍可以用催化剂床层各点温升的变化趋势来间接反映催化剂活性衰退情况。满负荷下3台变换炉温度分布如表 2所示。

在4年的运行过程中，3台变换炉入口气体温度均保持稳定，说明QDB-03型耐硫变换催化剂在该变换工艺条件下体现了优异的低温活性；第2变换炉的催化剂床层热点温度始终在三层，第3变换炉的催化剂床层热点温度始终在二层，体现了优异的活性稳定性。

随着运行时间的延长，第1变换炉一层催化剂的温升逐渐缩小，由投运初期的113 K缩小至第4年的21 K；运行1年后，第1变换炉二层催化剂温升开始下降；运行3年后，第1变换炉三层催化剂温升开始下降。换言之，第1变换炉催化剂床层的热点温度从刚开始的二层逐渐下移至四层，说明催化剂活性的确在逐步衰退，只是衰退速度相对缓慢。一般而言，在变换催化剂整个使用寿命期内，第1变换炉入口气体温度需逐渐提高，提升幅度为30~40 ℃，按照使用寿命3~4年计，入口气体温度平均每年需提高约10 ℃。而QDB-03型耐硫变换催化剂在华昌化工公司投运4年来，因第1变换炉热点温度始终在催化剂床层内，因此入口气体温度并没有提高，这也充分说明了第1变换炉的变换催化剂在高温区体现了优异的活性稳定性。

华昌化工公司的粗煤气温度存在一定幅度的波动，粗煤气温度越低，则对应粗煤气水气比越低，相应变换单元出口变换气中CO含量也会升高。根据实际运行数据核算，水气比对出口变换气中CO含量的影响如表 3所示。

由表 3数据可知，水气比越高，相应出口变换气中CO含量就越低。该变换装置设计水气比为1.30，设计出口变换气中含CO体积分数(干基)≤0.60%，实际运行时只要水气比满足要求，出口变换气中CO含量即可达标。

催化剂床层压差往往能反映原料气带灰程度以及催化剂是否出现粉碎现象，3台变换炉进出口压降及系统压降如表 4所示。

从表 4数据可看出：随着运行时间延长，煤气过滤器压降逐渐增大，由运行初期的18.0 kPa逐渐升高至45.6 kPa；第1变换炉与第2变换炉的压降略有升高，但均变化不大；第3变换炉的压差保持稳定。华昌化工公司的粗煤气含尘量相对较少(国内某装置因粗煤气含尘量高，运行3个月煤气过滤器压降就从20 kPa上升至200 kPa)，催化剂在运行期间也保持了较高的强度稳定性，未出现粉粹现象。粗煤气含尘量少及变换炉进出口压差在不同时期变化不大，说明运行期间带入变换炉的灰尘较少，也促进了变换催化剂长周期稳定运行。

华昌化工公司一期合成氨装置的煤气过滤器设计为1开1备，首次导气期间，因供后续单元不具备条件，煤气过滤器温度从280 ℃降至200 ℃左右，导气时粗煤气经过滤器后使第1变换炉的催化剂床层温度降低，增大了导气的控制难度，也延长了导气时间。因此，建议类似流程可增设煤气过滤器旁路或采用单台过滤器配设旁路的方式，导气时可走旁路，以尽快使催化剂起活，进而转入正常运行。