变换单元工艺知识培训
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变换单元工艺基础知识
煤气化制氢联合装置 2016年3月
一、煤制氢概述
2
一、煤制氢概述
整个过程分成几个单元：
备煤：将煤按照一定的要求配备后，通过输煤皮带送到装置缓冲料仓； 气化及灰水处理：煤在磨煤机中制浆，通过煤浆泵送到气化炉，进行部分 氧化反应，合成气和灰水分别经过处理后送出单元或者回用； 变换：经过脱尘处理的合成气在变换炉中进行变换反应； 酸性气脱除：通过甲醇在低温下的特性，选择性地回收硫化氢和二氧化碳， 得到粗氢； 变压吸附：对粗氢进行提纯，得到纯氢； 辅助部分：硫磺对酸性气进行回收处理；酸水汽提对气化洗涤水和变换、 甲醇洗的酸性水进行处理，外排或者回用。
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二、变换反应工艺原理
18
二、变换反应工艺原理
变换反应放出的反 应热充分利用，热量传 递给其他介质。其中， 配备了一台余热锅炉， 用于产高压饱和蒸汽， 产出的蒸汽回到中变入 口，用于提高原料气的 水汽比。
19
谢谢
20
3
二、变换单元原理
国内某厂煤制氢变换单元原料气及变换气干基组成：
4
二、变换单元原理
变换反应就是一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化 碳和氢气。
变换反应可用下式表示 ：
CO+H2O ⇌ CO2+H2+Q
变换反应特点是放热、可逆，反应前后气体体积 不变。
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二、变换单元原理
锅炉给水 余热锅炉
反应热量
饱和高压蒸汽
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二、变换反应工艺原理
对于化学反应 mA+nB ⇌ pC+qD在一 定温度下达到化学平 衡时。其平衡常数表 达式：
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二、变换反应工艺原理
影响反应平衡的因素：
1）浓度 增加某一物质的浓度，则反应向着减少此物质浓度的方向进行。 2）压力 增加某一气态反应物的压力，则反应向着减少此反应物压力的 方向进行。 3）温度 升高反应温度，则反应向着减少产生热量的方向进行。 4）催化剂 仅改变反应进行的速度，不影响平衡的改变，即对正逆反应的 影响程度是一样的。
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二、变换反应工艺原理
惠炼POX装置两台低变反应器采用轴径向反应器，其特点为：
➢ 低压降 ➢ 变换炉内的压降稳定，不受
上游工段带来的水、杂质的 影响 ➢ 可选用高活性的小颗粒催化 剂：活性更高，即更容易抵 抗毒物，延长催化剂寿命 ➢ 出口CO含量低 ➢ 壳体投资低，且无催化剂粉 碎情况
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二、变换反应工艺原理
合成气
变换反应
高温变换气
常温变换气
降温分液
工艺凝液
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二、变换反应工艺原理
变换单元单元采用“两台预变换+两段中温变 换+一段低温变换”的耐硫变换工艺流程，在一定 温度、压力和耐硫变换催化剂的作用下，将上游气 化单元来的合成气中的CO和过量的水蒸汽反应生成 H2和CO2 。
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二、变换反应工艺原理
右图为国内 某厂变换反应器 外观图，变换反 应器亦称变换炉。
第一变换反应器：
亦称高变反应器、中温变换反应器，变换反应的主反应器，将气 化来的合成气和水蒸气在催化剂的作用下以较高的速度快速进行变换 反应，生成氢气，同时有机硫和氢气反应生成容易脱除的硫化氢。
第二、三变换反应器：
亦称低温变换反应器，将中变过来变换气在较低的温度下进行变 换，生成氢气，尽可能将一氧化碳的浓度降低，增产氢气。
此时，对应的水汽比为：3.344/(5.8-3.344)=1.3
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二、变换反应工艺原理
影响水气比的因素： （1）压力：在温度不变情况下，压力升高，
饱和蒸汽的分压不变，气体的分压增大，水Fra Baidu bibliotek 比减小，反之亦然。
（2）温度：在压力不变的情况下，合成气 温度升高，气体温度不变，水的饱和蒸气压增 大，水汽比增大，反之亦然。
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二、变换反应工艺原理
反应介质浓度对变换反应的影响，此处引入水汽 比的概念。 （1）定义：是指水蒸汽与合成气中干基工艺气的摩 尔比。 （2）计算方法：水蒸汽摩尔数/工艺气摩尔数(精确） 或
在饱和状态下：P水/(P总－P水）（粗略）； 例如：合成气的压力: 5.8MPa。 合成气的温度：240℃。 怎算水汽比？首先查240℃的饱和蒸汽压力是多少？ （3.344MPa.）
变换反应为放热的可逆反应，符合反应 平衡机理。
化学平衡的定义:是指在宏观条件一定的可逆 反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和 生成物各组分浓度不再改变的状态。
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二、变换反应工艺原理
勒夏特列原理
勒夏特列原理又名“平衡移动原理” 。 如果改变影响平 衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这 种改变的方向移动。 勒夏特列原理是指在一个平衡体系中，若 改变影响平衡的一个条件，平衡总是要向能够减弱这种改变的方 向移动。比如一个可逆反应中，当增加反应物的浓度时，平衡要 向正反应方向移动，平衡的移动使得增加的反应物浓度又会逐步 减少；但这种减弱不可能消除增加反应物浓度对这种反应物本身 的影响，与旧的平衡体系中这种反应物的浓度相比而言，还是增 加了。
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二、变换反应工艺原理
POX装置变换反应器为4台，分别为保护 床反应器（721-R-104）、第一变换反应器 （ 721-R-101 ）、第二变换反应器（ 721R-102）及第三变换反应器（ 721-R-103）。
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二、变换反应工艺原理
保护床反应器：
阻挡煤粉尘、炭黑等固体杂质，吸附As、Cl等对催化剂有毒害作 用的组分，以保护后续耐硫变换催化剂 。
煤气化制氢联合装置 2016年3月
一、煤制氢概述
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一、煤制氢概述
整个过程分成几个单元：
备煤：将煤按照一定的要求配备后，通过输煤皮带送到装置缓冲料仓； 气化及灰水处理：煤在磨煤机中制浆，通过煤浆泵送到气化炉，进行部分 氧化反应，合成气和灰水分别经过处理后送出单元或者回用； 变换：经过脱尘处理的合成气在变换炉中进行变换反应； 酸性气脱除：通过甲醇在低温下的特性，选择性地回收硫化氢和二氧化碳， 得到粗氢； 变压吸附：对粗氢进行提纯，得到纯氢； 辅助部分：硫磺对酸性气进行回收处理；酸水汽提对气化洗涤水和变换、 甲醇洗的酸性水进行处理，外排或者回用。
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二、变换反应工艺原理
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二、变换反应工艺原理
变换反应放出的反 应热充分利用，热量传 递给其他介质。其中， 配备了一台余热锅炉， 用于产高压饱和蒸汽， 产出的蒸汽回到中变入 口，用于提高原料气的 水汽比。
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谢谢
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二、变换单元原理
国内某厂煤制氢变换单元原料气及变换气干基组成：
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二、变换单元原理
变换反应就是一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化 碳和氢气。
变换反应可用下式表示 ：
CO+H2O ⇌ CO2+H2+Q
变换反应特点是放热、可逆，反应前后气体体积 不变。
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二、变换单元原理
锅炉给水 余热锅炉
反应热量
饱和高压蒸汽
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二、变换反应工艺原理
对于化学反应 mA+nB ⇌ pC+qD在一 定温度下达到化学平 衡时。其平衡常数表 达式：
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二、变换反应工艺原理
影响反应平衡的因素：
1）浓度 增加某一物质的浓度，则反应向着减少此物质浓度的方向进行。 2）压力 增加某一气态反应物的压力，则反应向着减少此反应物压力的 方向进行。 3）温度 升高反应温度，则反应向着减少产生热量的方向进行。 4）催化剂 仅改变反应进行的速度，不影响平衡的改变，即对正逆反应的 影响程度是一样的。
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二、变换反应工艺原理
惠炼POX装置两台低变反应器采用轴径向反应器，其特点为：
➢ 低压降 ➢ 变换炉内的压降稳定，不受
上游工段带来的水、杂质的 影响 ➢ 可选用高活性的小颗粒催化 剂：活性更高，即更容易抵 抗毒物，延长催化剂寿命 ➢ 出口CO含量低 ➢ 壳体投资低，且无催化剂粉 碎情况
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二、变换反应工艺原理
合成气
变换反应
高温变换气
常温变换气
降温分液
工艺凝液
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二、变换反应工艺原理
变换单元单元采用“两台预变换+两段中温变 换+一段低温变换”的耐硫变换工艺流程，在一定 温度、压力和耐硫变换催化剂的作用下，将上游气 化单元来的合成气中的CO和过量的水蒸汽反应生成 H2和CO2 。
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二、变换反应工艺原理
右图为国内 某厂变换反应器 外观图，变换反 应器亦称变换炉。
第一变换反应器：
亦称高变反应器、中温变换反应器，变换反应的主反应器，将气 化来的合成气和水蒸气在催化剂的作用下以较高的速度快速进行变换 反应，生成氢气，同时有机硫和氢气反应生成容易脱除的硫化氢。
第二、三变换反应器：
亦称低温变换反应器，将中变过来变换气在较低的温度下进行变 换，生成氢气，尽可能将一氧化碳的浓度降低，增产氢气。
此时，对应的水汽比为：3.344/(5.8-3.344)=1.3
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二、变换反应工艺原理
影响水气比的因素： （1）压力：在温度不变情况下，压力升高，
饱和蒸汽的分压不变，气体的分压增大，水Fra Baidu bibliotek 比减小，反之亦然。
（2）温度：在压力不变的情况下，合成气 温度升高，气体温度不变，水的饱和蒸气压增 大，水汽比增大，反之亦然。
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二、变换反应工艺原理
反应介质浓度对变换反应的影响，此处引入水汽 比的概念。 （1）定义：是指水蒸汽与合成气中干基工艺气的摩 尔比。 （2）计算方法：水蒸汽摩尔数/工艺气摩尔数(精确） 或
在饱和状态下：P水/(P总－P水）（粗略）； 例如：合成气的压力: 5.8MPa。 合成气的温度：240℃。 怎算水汽比？首先查240℃的饱和蒸汽压力是多少？ （3.344MPa.）
变换反应为放热的可逆反应，符合反应 平衡机理。
化学平衡的定义:是指在宏观条件一定的可逆 反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和 生成物各组分浓度不再改变的状态。
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二、变换反应工艺原理
勒夏特列原理
勒夏特列原理又名“平衡移动原理” 。 如果改变影响平 衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这 种改变的方向移动。 勒夏特列原理是指在一个平衡体系中，若 改变影响平衡的一个条件，平衡总是要向能够减弱这种改变的方 向移动。比如一个可逆反应中，当增加反应物的浓度时，平衡要 向正反应方向移动，平衡的移动使得增加的反应物浓度又会逐步 减少；但这种减弱不可能消除增加反应物浓度对这种反应物本身 的影响，与旧的平衡体系中这种反应物的浓度相比而言，还是增 加了。
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二、变换反应工艺原理
POX装置变换反应器为4台，分别为保护 床反应器（721-R-104）、第一变换反应器 （ 721-R-101 ）、第二变换反应器（ 721R-102）及第三变换反应器（ 721-R-103）。
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二、变换反应工艺原理
保护床反应器：
阻挡煤粉尘、炭黑等固体杂质，吸附As、Cl等对催化剂有毒害作 用的组分，以保护后续耐硫变换催化剂 。