煤化工CO变换分质反应器的工艺改进研究

张玉恒，彭文海，任秀兰，王晶晶，武洪丽

（新疆农业大学化学化工学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

摘  要：该研究针对煤化工CO变换分质反应器存在的转化效率波动、催化剂失活及床层压降偏高等技术瓶颈，开展了系统性工艺改进研究。通过构建复合式床层结构，开发活性组分梯度分布的耐硫型钴钼催化剂，建立了工艺参数优化模型，形成多维度协同改进方案。实验验证表明,改进型反应器的C0转化率提升至96.8%，较传统装置提高4.5个百分点;床层压降低至22kPa,降幅达37%，催化剂使用寿命延长至12个月。该研究成果证实了分级温拉与梯度催化剂的协同作用，能够有效突破传统工艺热力学限制，为提升煤化工装置能效开辟了新思路。

关键词：耐硫型钴钼催化剂;CO变换反应；活性组分梯度分布

0 引言

随着“双碳”战略的深入推进，煤化工行业正面临能效提升与清洁化转型的双重压力。具体实践中，CO变换作为煤制合成气净化的核心环节，其反应器性能将直接影响系统能耗以及运行稳定性。而目前煤化工企业使用的分质反应器普遍存在床层温度分布不均、催化剂硫中毒失活、蒸汽消耗过高等技术瓶颈，导致装置运行效率难以突破。特别是在高硫煤种处理工况下，现有技术体系已难以满足日趋严格的能效与环保要求，亟需通过系统化工艺创新实现技术突破。已有研究中，文伟针对设备开裂问题提出的补强方案虽延长壳体寿命30%，但未触及热应力产生的根源，即床层温度梯度；刘景隆通过低水汽比操作将蒸汽消耗降低15%，但未解决由此引发的催化剂积碳问题；卢利飞等开发了低位热能回收装置，使余热利用率提升至68%，但并未建立与反应器结构的协同优化机制。由此可以看出，现有研究多聚焦单一技术点改进，缺乏对反应器“结构-材料-工艺”多要素的协同优化，制约了整体能效的持续提升。因此，该研究创新性提出三维协同改进策略：一方面，构建复合式梯度床层结构，通过分级温控模块与仿生流道分布器的集成设计，实现反应热的精准调控；另一方面，开发硫自适应催化剂体系，采用纳米包覆与活性组分梯度分布技术。此外，建立多目标优化模型，通过AspenPlus模拟与实验验证的迭代优化，确定最佳水气比与空速组合参数，为解决煤化工高能耗难题提供技术支持。

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