CO变换过程

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co低温变换催化剂

co低温变换催化剂
CO低温变换催化剂是一种用于将一氧化碳（CO）转化为二氧化碳（CO2）的化学催化剂。

这种催化剂通常在低温条件下工作，通常在150-300摄氏度范围内。

CO低温变换催化剂被广泛应用于工业领域，特别是在石油化工、化学制品生产和环境保护等领域。

CO低温变换催化剂通常是由过渡金属氧化物或其复合物组成的。

常见的催化剂材料包括铜、镍、钴等。

这些催化剂材料具有高度的活性和选择性，可以有效地将CO氧化为CO2。

CO低温变换催化剂的工作原理是通过吸附、解离和重新组合分子中的化学键来实现CO到CO2的转化。

首先，CO分子被吸附到催化剂表面上的活性位点上，然后发生解离，生成活性的碳和氧原子。

最后，碳和氧原子重新组合，形成CO2分子。

CO低温变换催化剂的性能受多种因素影响，包括催化剂的组成、结构、表面积和反应条件等。

通过调控这些因素，可以优化催化剂的活性和选择性，提高CO低温变换的效率。

总结起来，CO低温变换催化剂是一种用于将CO转化为CO2的催化剂，常用于工业领域。

它的工作原理是通过吸附、解离和重新组合化
学键来实现CO到CO2的转化。

催化剂的性能受多种因素的影响，可以通过优化催化剂的组成和结构等来提高催化效率。

一氧化碳的变换

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项目三一氧化碳的变换
③催化剂要有一定的抗毒能力，也就是能耐气体中含有的少量有毒气体。 ④催化剂的机械性能要好，以免在使用中破碎或粉碎，增加变换阻力。 ⑤催化剂有一定的热稳定性，在一定温度范围内，不致因反应后温度升
高而损坏催化剂。 ⑥催化剂要防止发生副反应，主要是一氧化碳分解析碳和生成甲烷的反
综上所述，影响变换反应的因素有以下几种。 1.压力如前所述，压力对变换反应的平衡几乎无影响，但加压变换有以下优点。 ①可加快反应速度和提高催化剂的生产能力，从而可采用较大空速提高
生产强度。
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项目三一氧化碳的变换
②设备体积小，布置紧凑，投资较少。 ③湿变换气中水蒸气冷凝温度高，有利于热能的回收利用。但提高压力会使系统冷凝液酸度增大，使析炭和生成甲烷等副反应易于
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项目三一氧化碳的变换
反应温度按最佳温度进行可使催化剂用量最少，但要控制反应温度严格按照最佳温度曲线进行在目前是不现实和难于达到的。目前在工业上是通过特催化剂床层分段来达到使反应温度靠近最佳温度进行。但对于低温变换过程，由于温升很小，催化剂不必分段。
3.汽气比 CO变换的汽气比一般是指H2O/CO比值或水蒸气/干原料气的比值(摩尔
一、一氧化碳Leabharlann 换的原理一氧化碳变换是在催化剂的作用下，且在一定的温度(高于催化剂的起始活性温度)条件下，CO和水蒸气发生反应，将CO转化为H2和CO 2。其化学反应式为:
这是一个可逆、放热、反应前后体积不变的化学反应。压力对反应平衡没有影响，降低温度和增大水/气比(水/气比是指进口气体水蒸气的分子数与总干气分子数之比)会有利于反应平衡向右移动。
其他副反应如下。

一氧化碳低温变换

一氧化碳的低温变换CO变换的工艺流程主要由原料气组成来决定的，同时还与催化剂、变换反应器的结构，以及气体的净化要求有关。

目前低温变换主要是串接在中温变换催化剂后作为一氧化碳深度变换的。

而入口一氧化碳含量5%-8% , 最高使用温度不超过300℃。

中变串低变流程一般采用两种方法，一是中变炉外加低变炉, 另一种为变换炉中一二层用中变触媒, 三层使用低温触媒。

两种方法都使系统出口一氧化碳含量降至1%左右, 起到稳定生产、增产节能之效果。

1.中（高）变-底变串联流程采用此流程一般与甲烷化脱除少量碳氧化物相配合。

这类流程先通过中（高）温变换将大量CO变换达到3%左右后，再用低温变换使一氧化碳含量降低到0.3%-0.5%，。

为了进一步降低出口气中CO含量，也有在低变后面串联一个低变的流程。

当CO含量较高时，变换气一般选择在炉外串低变；而一氧化碳含量较低时，可选择在炉内串低变。

中串低流程中要主要两个问题，一是要提高低变催化剂的抗毒性，防止低变催化剂过早失活；二是要注意中变催化剂的过度还原，因为与单一的中变流程相比，中串低特别是中低低流程的反应汽气比下降，中变催化剂容易过度还原，引起催化剂失活、阻力增大及使用寿命缩短。

2.全低变流程中（高）变-低变串联流程操作繁琐，设备增加，特别是特殊材料阀门的选用给管理带来了许多不便。

使用全低变变换催化剂代替原Fe-Cr系中变催化剂，在低温下完成变换即可克服以上两种工艺的缺点，又能达到理想的目的。

全低变工艺采用宽温区的钴钼系耐硫变换催化剂，主要有下列优点。

（1）催化剂的起始活性温度低，变换炉入口温度及床层热点温度低于中变炉入口及热点温度100-200℃。

这样，就降低了床层阻力，缩小了气体体积约20%，从而提高了变换炉的生产能力。

（2）变换系统处于较低的温度范围内操作，在满足出口变换气中CO含量的前提下，可以降低入炉蒸汽量，使全低变流程的蒸汽消耗降低。

使用全低变变换催化剂代替原。

CO变换工艺发展过程及趋势

CO变换工艺发展过程及趋势摘要本文介绍了CO变换工艺的发展过程和趋势,论述了变换催化剂、反应器、节能工艺和数字模型的发展，论述了变换工艺的发展方向，指出了需要研究和解决的问题。

关键词 CO变换；催化剂；合成气；节能前言一氧化碳变换（也称水煤气变换，water gas shift）是指合成气中的一氧化碳借助于催化剂的作用，在一定温度下与水蒸气反应，生成二氧化碳和氢气的过程。

通过变换反应既降低了合成气中的一氧化碳含量，又得到了更多氢气，调节了碳氢比，满足不同的生产需要（例如合成甲醇等）。

其工业应用已有90多年历史。

在合成气制醇、制烃催化过程中，低温水气变换反应通常用于甲醇重整制氢反应中大量CO的去除，同时在环境科学甚至在民用化学方面所起作用也不可忽视，如汽车尾气的处理、家用煤气降低CO的含量等。

本文将从CO变换工艺的几个因素展开论述。

一、CO变换原理[1]一氧化碳变换反应是在催化剂存在的条件下进行的，是一个典型的气固相催化反应。

变换过程为含有C、H、O三种元素的CO和H2O共存的系统，在CO变换的催化反应过程中，主要反应为：CO+H2O＝CO2+H2? ΔH= - mol在某种条件下会发生CO分解等其他副反应，分别如下：?2CO＝C+CO2?2CO+2H2＝CH4+CO2?CO+3H2＝CH4+H2O?CO2+4H2＝CH4+2H2O变换反应平衡受多种反应条件影响：（1）温度影响由于CO变换反应是个放热可逆反应，因此低温有利于平衡向右移。

（2）水碳比影响提高水碳比，可增加一氧化碳的转化率，有利于平衡向右移。

（3）原料气含CO2影响 CO2为反应产物，应尽量降低原料气中CO2的含量，确保平衡不向左移动。

变换反应速率受多种反应条件影响：（1）压力影响加压可提高反应物分压，在3MPa以下，反应速率与压力平方成正比。

（2）水碳比影响在水碳比低于4的情况下，提高水碳比可使变换反应速率加快。

（3）温度影响由于CO变换反应是个放热可逆反应，存在最佳反应温度。

CO变换工艺发展过程及趋势

C O变换工艺发展过程及趋势(共9页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-CO变换工艺发展过程及趋势摘要本文介绍了CO变换工艺的发展过程和趋势,论述了变换催化剂、反应器、节能工艺和数字模型的发展，论述了变换工艺的发展方向，指出了需要研究和解决的问题。

通过变换反应既降低了合成气中的一氧化碳含量，又得到了更多氢气，调节了碳氢比，满足不同的生产需要（例如合成甲醇等）。

其工业应用已有90多年历史。

本文将从CO变换工艺的几个因素展开论述。

一、CO变换原理[1]一氧化碳变换反应是在催化剂存在的条件下进行的，是一个典型的气固相催化反应。

变换过程为含有C、H、O三种元素的CO和H2O共存的系统，在CO变换的催化反应过程中，主要反应为：CO+H2O＝CO2+H2ΔH= - mol在某种条件下会发生CO分解等其他副反应，分别如下：2CO＝C+CO22CO+2H2＝CH4+CO2CO+3H2＝CH4+H2OCO2+4H2＝CH4+2H2O变换反应平衡受多种反应条件影响：（1）温度影响由于CO变换反应是个放热可逆反应，因此低温有利于平衡向右移。

（2）水碳比影响提高水碳比，可增加一氧化碳的转化率，有利于平衡向右移。

（3）原料气含CO2影响 CO2为反应产物，应尽量降低原料气中CO2的含量，确保平衡不向左移动。

变换反应速率受多种反应条件影响：（1）压力影响加压可提高反应物分压，在3MPa以下，反应速率与压力平方成正比。

（2）水碳比影响在水碳比低于4的情况下，提高水碳比可使变换反应速率加快。

CO shift变换

CO变换工艺说明1、原料气CO转化单元1.1 概论06单元原料气CO转化的主要目的是通过将一氧化碳转化为氢气的反应，提高煤气化生产原料气中氢气的浓度和降低一氧化碳的浓度，所有描述中提到的工艺数据都是基于设计的煤运行后期的条件。

1.2、工艺说明1.2.1 反应原料气CO转换反应工艺是基于水煤气均相反应，以钴/钼为催化剂，一氧化碳和水蒸汽反应生成二氧化碳和氢气。

CO + H2O ↔ CO2 + H21mol水蒸气分解可以得到1mol的H2，1mol的一氧化碳可以生成1mol的二氧化碳，从而增加了干气的气体体积，该反应是一个放热的平衡反应，其摩尔反应热为41000kJ/mol。

该转换气的热焓可以用来生产高压过热蒸汽和低压蒸汽，进一步的热量用于加热工艺冷凝液、锅炉水和脱盐水，从而将冷变换气中的冷凝液分离。

水煤气反应所需要的大部分工艺蒸汽都来自于原料气，而剩余一部分所需的水蒸气是通过锅炉给水从反应器的上游加入。

为了使CO达到较低的浓度，CO转换反应单元是由4个转换反应器串联而成。

除了水煤气变换反应，还有大部分高不饱和碳氢化合物、酚类化合物、羰基硫(COS)、有机硫化合和氰化氢(HCN)等副反应，这些都包含CO转换反应的在原料气里。

煤气化产生的所有的原料气都会通过反应器，大部分的羰基硫(COS)都会转化为硫化氢，这是一个重要的副反应。

当气体从四级转换反应器出来时，其中CO在干气中的含量仅为0.72mol-%。

COS + H2O ↔ CO2 + H2S1.2.2 原料气催化剂煤气化的原料气中含有H2S和COS。

因此，在含硫化合物的原料气变换过程中需要特殊的催化剂。

传统的CO变换过程的催化剂是基于铁和铬的氧化物，而现在的原料气变换中催化剂包含一个特殊的载体，钴和钼的氧化物。

对于不含硫的气体，基于铁和铬的氧化物的催化剂可以表现它最大的活性，而对于含硫酸性气体转换的催化剂则是基于钴和钼的氧化物，而且只有在硫化物存在的情况下才能表现出最大的活性。

气化煤气的变换CO变换工艺

水蒸气浓度
空速
水蒸气是变换反应的原料之一，水蒸气浓度对反应平衡和反应速率有重要影响。
空速反映了煤气与催化剂的接触时间，空速过高可能导致反应不完全，空速过低则可能增加设备负荷和操作成本。
04
气化煤气变换CO变换工艺的应用与
优化
应用领域与案例分析
应用领域
气化煤气变换CO变换工艺广泛应用于化工、电力、钢铁、焦化等工业领域，用于将气化煤气中的一氧化碳(CO)转化为氢气(H2)或其他有用气体。
01
请参见附图1，该图展示了气化煤气变换CO变换工艺的流程图。
02
附图1详细描绘了原料气的预处理、变换反应和产物气的后处理等各个步骤，以及使用的设备和管道。
工艺流程中的关键步骤和设备
关键步骤
原料气的预处理、变换反应和产物气的后处理。
关键设备
预处理设备（如除尘器、脱硫塔）、变换反应器（如列管式反应器）、后处理设备（如脱水塔、氢气纯化装置）。
02
气化煤气变换CO变换工艺流程
工艺流程简介
1
气化煤气变换CO变换工艺是一种将煤气中的一氧化碳(CO)通过化学反应转化为氢气(H2)的过程。
2
该工艺通常包括原料气预处理、变换反应和产物气后处理等步骤，以获得高纯度的氢气。
3
变换反应通常在高温高压条件下进行，使用催化剂促进化学反应的进行。
工艺流程图解
03
气化煤气变换CO变换工艺原理
化学反应原理
气化煤气中的一氧化碳（CO）在变换反应中与水蒸气发生反应，生成氢气（H2）和二氧化碳（CO2）。
反应方程式为：CO + H2O → H2 + CO2。
该反应是可逆的，需要高温和催化剂的作用下才能顺利进行。

一氧化碳变换

2、活性温度低
3、较好的选择性 4、催化剂对毒物灵敏性小、机械强度高、耐热性好、使用寿
命长、价格低廉及原料易得等
变换催化剂分类
催化剂催化剂按组成分类
按反应温度分类
中温变换
低温变换
耐硫低变
铁铬系
铜锌系
钴钼系
“工程实践教学观摩中心”汇集了100多种固体催化剂，包括中低变催化剂，欢迎各位同学参观，
优点
a 设备体积小，节省投资。
b 增加空速，提高生产能力 c 有利于热能回收热能的品位得以提高，有利于热量回收。 d 费托合成 CO+H2 →CnH2n+2nH2O 被抑制在汽气比非常小时有费托合成, 冷激流程可抑制费托合成反应的发生。
e 电耗降低
a 腐蚀加剧（点蚀），设备使用寿命缩短。（尤其是采用耐硫变换催化剂流程） b 有机硫转化↓
摩尔分数
1
150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0.009538 0.016999 0.027313 0.059030 0.078495 0.099126 0.120184 0.141059 0.161286 0.180547
3
0.001757 0.002137 0.003017 0.008375 0.015234 0.024781 0.036818 0.050849 0.066249 0.082407
最佳操作温度
动力学的影响
高温加快反应速度
Te 平衡温度 Tm 最适宜操作温度 E1正反应活化能 E2逆反应活化能平衡温度和最适宜温度的关系随温度的关系使反应沿最适宜温度曲线进行时反应器利用率最大、催化剂用量最少

一氧化碳的变换

②平衡变换率是变换反应达到化学平衡时，有多少CO(干)进行了变换反应。平衡只是一种理想状态，所以，平衡变换率可用来衡量CO变换的最大程度。
二、一氧化碳变换反应的化学平衡
(一)变换反应的热效应变换反应的标准反应热△ H298 ，可以用有关气体的标准生成热数据进
行计算:
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其他副反应如下。
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项目三一氧化碳的变换
(一)甲烷化反应在一氧化碳与水蒸气共存的系统中，是含有C, H, O三个元素的系统。
从热力学角度，不但可能进行式(3一3一1)的变化反应，而且还可进行其他反应，如:
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项目三一氧化碳的变换
这一点与甲烷蒸气转化、煤气化等系统中所出现的反应式有相似之处。但是，由于所用催化剂对反应式(3 -3-1)具有良好的选择性，从而抑制了其他反应的发生。在计算反应系统平衡组成时，采用反应式(3-3-1)的平衡关系，其结果基本符合实际情况。从以上反应式看，降低温度和增加压力有利于生成甲烷的反应。但在实际生成中采用的工艺条件下，这一副反应是不会发生的。降低床层的热点温度、增加水/气、提高空速都可以抑制甲烷化副反应的影响。
还可进行其他反应:
由于所用的催化剂对变换反应有良好的选择性，可抑制其他反应的发生，因此副反应发生的概率很小。
(二)变换反应的平衡常数一氧化碳变换反应通常是在常压或压力不太高的条件下进行，故平衡常
数计算时各组分用分压表示已足够精确。因此平衡常数KD可用下式计算:
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项目三一氧化碳的变换
平衡常数是温度的函数，可通过范特荷莆方程式计算:
不同温度下一氧化碳变换反应的平衡常数见表3-3 -2。

一氧化碳的变换.

❖ 氧化锌脱硫的反应速度主要是内扩散控制，所以氧化锌脱硫剂都做成高孔率的小颗粒。
11
（二）、氧化锌法
❖氧化锌脱硫性能的好坏用硫容量表示。所谓硫容就是每单位质量氧化锌能脱除S的量。一些数据如图所示。一些定性结论如下：温度上升，硫容增加；空速增加，硫容降低；汽气比上升，硫容下降。
2、氧化锌脱硫剂：
100
ya,ya’ —分别为原料及变换气中一氧化碳的摩尔分率（干基）
2
二、变换催化剂
❖ 1、中（高）变催化剂：
▪
以三氧化二铁为活性中心
▪ 铬、铜、锌、钴、钾等氧化物，可提高催化剂的活性
▪ 镁、铝等氧化物，可提高催化剂的耐热和耐毒性能。
❖ 目前常见的中（高）变换催化剂有：
▪ 铁铬系催化剂：以FeO3加Cr2O3为助催化剂。 ▪ 钴钼系催化剂：针对重油含S量高的耐高S变换催化剂。
K
0 p
pH2O
/
pH2S
10
❖ 一些条件下平衡S含量的计算值如下：
水蒸气含量/%
0.50 10 20
平衡硫含量/10-6 200℃ 0.000025 0.00055 0.005
300℃ 0.0008 0.018 0.16
400℃ 0.009 0.20 1.80
❖ 实际上天然气等原料中水蒸气含量很低，所以即使温度在400℃也可满足S含量＜0.1× 10-6的要求。 200℃含水20％时，S＜0.005× 10-6，因此氧化锌也用在变换工序作变换催化剂的保护剂。
提高其稳定性。 ❖ （2）低变催化剂的还原： ❖ CuO+H2=Cu+H2O △H0298=－86.7kJ/mol ❖ CuO+CO=Cu+CO2 △H0298=－127.7kJ/mol

一氧化碳变换

由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此， CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
• 变化反应热力学
• 反应方程式
结论：在原料气组成一定的条件下，随着温度的降低，变换气中CO的平衡含量降低，CO 转化率提高；水蒸气的加入量对转化率有影响，水蒸气的加入量， CO转化率。
• 生产实际中反应并没有达到平衡，故常用实际变换率x表示。
• 以1 mol干原料气为基准，对反应过程中的CO做物料衡算得
ya yax yax 1 ya
0.009210
450
0.120184
0.036818
0.020748
0.014310
500
0.141059
0.050849
0.029791
0.020951
550
0.161286
0.066249
0.040362
0.028866
600
0.180547
0.082407
0.052123
0.037937
备注原料干基组成：CO:31.7% CO2:8% H2: 40% N2:20.3%
主活性组分，还原成Fe3O4后具有活性
稳定剂，分散在助催化剂， Fe3O4晶粒之间，提提高催化剂高催化剂的耐热性的活性和活性，防止Fe3O4 过渡还原为FeO
提高耐热和耐硫性能
表 1.3
• 起活性的成份是Fe3O4，催化剂使用前要还原： • 3Fe2O3(s) + CO(g) = 2Fe3O4(s) + CO2(g) • 3Fe2O3(s) + H2(g) = 2Fe3O4(s) + H2O(g) • 还原过程中，除转化成Fe3O4外，还可转化为FeO, Fe等，

CO变换工艺发展过程及趋势

通过变换反应既降低了合成气中的一氧化碳含量，又得到了更多氢气，调节了碳氢比，满足不同的生产需要（例如合成甲醇等）。

其工业应用已有90多年历史。

本文将从CO 变换工艺的几个因素展开论述。

一、CO变换原理[1]一氧化碳变换反应是在催化剂存在的条件下进行的，是一个典型的气固相催化反应。

变换过程为含有C、H、O三种元素的CO和H2O共存的系统，在CO变换的催化反应过程中，主要反应为：CO+H2O＝CO2+H2ΔH= - 41.2kJ/mol在某种条件下会发生CO分解等其他副反应，分别如下：2CO＝C+CO22CO+2H2＝CH4+CO2CO+3H2＝CH4+H2OCO2+4H2＝CH4+2H2O1.CO变换反应平衡受多种反应条件影响：（1）温度影响由于CO变换反应是个放热可逆反应，因此低温有利于平衡向右移。

（2）水碳比影响提高水碳比，可增加一氧化碳的转化率，有利于平衡向右移。

（3）原料气含CO2影响 CO2为反应产物，应尽量降低原料气中CO2的含量，确保平衡不向左移动。

2.CO变换反应速率受多种反应条件影响：（1）压力影响加压可提高反应物分压，在3MPa以下，反应速率与压力平方成正比。

（2）水碳比影响在水碳比低于4的情况下，提高水碳比可使变换反应速率加快。

CO变换反应原理及影响因素

1.1变换工艺原理变换的原理是气体中的CO和水蒸汽在一定的压力和温度条件下，在催化剂的作用下，使工艺气体中的CO和H2O（g）发生变换反应生成H2和CO2，其反应式如下：CO+H2O CO2+H2+Q △HΘ298 = -41.4KJ/mol通过上述反应，既能把CO转化为易于脱出的CO2，又可以制得与反应CO等摩尔的氢气，而消耗的仅是廉价的蒸汽，使工艺气体变换到希望的气体组成。

1.1.1变换反应的热效应变换反应是放热反应，反应热随温度的升高而减少，其关系式为：Q=10861-1.44T-0.4×10-4T2+8×18-8T3式中: Q—反应热，kcal/kmol； T—温度，K在工业生产中，一旦变换炉升温完毕转入正常生产后，即可利用其反应热来维持生产过程的连续进行。

1.2.2 变换反应的化学平衡（1）平衡常数在一定条件下，当变换反应的正、逆反应速度相等时，反应即达到平衡状态，其平衡常数为；K P=（P CO2×P H2）/（Pco×P H2O）=（Y CO2×Y H2）/（Yco×Y H2O）式中：K P——平衡常数；P CO2、P H2、P CO、P H2O——各组份的平衡分压，MPa；Y CO2、Y H2、Y CO、Y H2O——各组份的平衡组成，摩尔分数，%平衡常数KP表示反应达到平衡时，生成物与反应物之间的数量关系，因此，它是化学反应进行完全程度的衡量标志。

从上式可以看出，KP值越大，说明原料气中的CO转化越完全，变换后的气体中的CO残余量越少。

由于变换反应是放热反应，降低温度有利于平衡向右移动，因此平衡常数随温度的降低而增大，平衡常数与温度的关系式很多，通常采用下述简化式：lgK P=1914/T—1.782式中: T——温度,K；（2）CO变换率一氧化碳的变换程度，通常用变换率表示，定义为已变换的一氧化碳量与变换前的一氧化碳量的百分比率，若反应前气体中有a摩尔一氧化碳，变换后气体中剩下b摩尔一氧化碳，则变换率的计算式为：X=(a-b)／a×(b+l00％)式中：X --CO 变换率，%a、b分别代表反应前后气体中CO摩尔分率（干基）1.2.3 影响变换反应化学平衡的因素（1）温度的影响由平衡常数与温度的关系式可知，温度降低，平衡常数增大，有利于变换反应向正方向进行。

CO的变换

合成氨原料气的净化1.绪论氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。

合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。

合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。

粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。

因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。

最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。

变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。

在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。

目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。

所谓中变串低变流程，就是在B107等Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo系宽温变换催化剂。

在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。

一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。

由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。

2.一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。

合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。

变换反应如下：CO+H2O→H2+CO2 =-41.2kJ/mol由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。

第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。

因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件3.Co变换的基本原理一氧化碳变换反应式为：CO+H2O=CO2+H2+Q (1-1)CO+H2 = C+H2O (1-2)其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（1—1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。

一氧化碳变换

一氧化碳变换概述一氧化碳的变换是指煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，与水蒸气反应，一氧化碳生成二氧化碳和氢气的过程。

通过变换反应既除去了煤气中的一氧化碳，又得到了制取甲醇的有效气体氢气。

因此，变化工段既是转化工序，又是净化工序。

前工段来的煤气中，一氧化碳含量高，通过变换反应以后，要求达到工艺气体中的CO/H2约为2.05~2.1的关系，以满足甲醇合成的要求。

一氧化碳变换反应是在催化剂存在的条件下进行的，是一个典型的气固相催化反应。

60年代以前，变换催化剂普遍采用Fe-Gr催化剂，使用温度范围为350~550℃，60年代以后，开发了钴钼加氢转化催化剂和氧化锌脱硫剂，这种催化剂的操作温度为200~280℃，为了区别这两种操作温度不同的变换过程，习惯上将前者称为“中温变换”，后者称为“低温变换”。

按照回收热量的方法不同，变换又可分为激冷流程和废锅流程，冷激流程中，冷激后的粗原料气已被水蒸气饱和，在未经冷却和脱硫情况下直接进行变换，因此，两种流程按照工艺条件的不同选用不同的催化剂，激冷流程采用Co-Mo耐硫变换催化剂，废锅流程采用Fe-Cr 变换催化剂。

第一节变换反应原理变换过程为含有C、H、O三种元素的CO和H2O共存的系统，在CO变换的催化反应过程中，除了主要反应CO+H2O＝CO2+H2以外，在某种条件下会发生CO分解等其他副反应，分别如下：2CO＝C+CO22CO+2H2＝CH4+CO2CO+3H2＝CH4+H2OCO2+4H2＝CH4+2H2O这些副反应都消耗了原料气中的有效气体，生成有害的游离碳及无用的甲烷，避免副反应的最好方法就是使用选择性好的变换催化剂。

一、变换反应的热效应一氧化碳变换反应是一个放热反应，CO+H2O＝CO2+H2+41kJ/gmol反应的热效应视H2O的状态而定，若为液态水，则是微吸热反应，若是水蒸气，则为放热反应。

变换反应的反应热随温度的升高而降低，具体反应热列表如下：表1 CO+H2O＝CO2+H2的反应热压力对变换反应的反应热影响较小，一般不做考虑。

一氧化碳的变换

3、直接氧化法脱硫过程：氧化态的催化剂将硫化氢氧化为单质硫，其自身是还原态。还原态的催化剂在再生时被空
气中的氧氧化后恢复氧化能力，如此循环使用。此过程可表示为：载氧体（氧化态）+硫化氢=载氧体（还原态）+S↓ 载氧体（还原态）+1/2O2（空气）=载氧体（氧化态）+H2O
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三、湿法脱硫
（一）、概述：
目前通用的ADA法实为经过改良的方法，应当称之为ADA-钒酸盐法（或改良ADA法）。它是2，6－或2，7－蒽醌二磺酸钠的一种混合体。
❖反应原理：
（1）脱硫塔中的反应： Na2CO3+H2S→NaHS+NaHCO3 2NaHS+4NaVO3+H2O→Na2V4O9+4NaOH+2S Na2V4O9+2ADA(氧化态）+2NaOH+H2O →4NaVO3+2ADA(还原态）
❖吸附脱硫是由于活性炭具有很大的比表面积，对某些物质具有较强的吸附能力。如吸附有机硫中的噻吩很有效，而对挥发性大的硫氧化碳的吸附很差；对原料气中二氧化碳和氨的吸附强、而对挥发性大的氧和氢吸附较差。 ❖氧化脱硫是指在活性炭表面上吸附的硫化氢在碱性溶液的条件下和气体中的氧反应生成硫和水。 ❖催化脱硫是指在活性炭表面上浸渍铁、铜等的盐类，可催化有机硫转化为硫化氢，然后被吸附脱除。活性炭可在常压和加压下使用，温度不宜超过50℃。
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二、干法脱硫
（一）、钴—钼加氢转化
钴钼加氢脱硫法是脱除有机硫十分有效的预处理措施。钴钼加氢催化剂几乎可使天然气/石脑油中的有机硫全部转化成硫化氢。再用氧化锌吸收就可把总S降到0.1×10－6以下。钴钼加氢法还可将烯烃加氢转变成饱和烷烃，从而减少蒸汽转化工序析碳的可能。

5.3石脑油、重油制合成气CO变换过程

（2）芳香烃直接催化裂解生成H2、CO、 CO2，然后CO和H2生成甲烷。最终产物的平衡组成由CO变换决定。
石脑油蒸汽转化的总结果：
CnHm + nH2O
CO + H2O
nCO + (n + m/2)H2
CO2 + H2
副反应：
CnHm
CHx
CH4 2 CO CO + H2
nCHx + (m - nx)/2H2
2. 气化炉
受限射流反应器直立式卧式内壁衬有保温材料
5.11 CO变换过程
5.11 CO的变换
对合成气中 CO/H2 比值要求不同
1C.1O9K+J/Hm2oOl
CO2 + H2
-
5.6.1变换反应动力学
r = f(T,C)
r = r1-r2 = f1(T,C) – f2(T,C)
=k1f1(C) – k2f2(C)
x/2H2 + C 2H2 + C
C 原因和消碳方法
（1）析碳原因
①由于活性组分Ni的存在， Ni表面有 NiC生成。 ②由于酸性载体析碳，酸性愈大，析碳愈易。
纯α - Al2O3不析碳，含少量SiO2析碳。 ③ 由于催化剂床层空隙，烃类在空隙内直接热
裂解。
（2）析碳防止方法
5.10 重油制合成气
5.10.1 重油部分氧化
5.5.1重油气化的基本原理
1.气化反应
重油雾滴气化：
CmHn(液)
CmHn(气)
气态烃的氧化燃烧： CmHn + (m + n/4)O2 CmHn + (m/2 + n/4)O2

反应工程CO中温变换

3.反应流程
钢瓶原料气不凝性气体5 型常温脱氧剂）
脱氧管
干燥管
气体冷凝器和气、液分离器
反应器
（催化剂）
电加热保温
冷凝水
汽化炉来的水蒸气
4.数据处理
为便于工程设计的应用，宏观动力学方程采用如下的幂函数形式：
估值过程采用CO 反应速率实验值与模型计算值间的残差平方和最小作为目标函数，如式（6 ）所示，最后获得的模型参数为
反应工程CO中温变换.pptx
汇报内容
CO变换工艺原理 CO变换催化剂反应流程数据处理结论
1.CO变换工艺原理
变换的原理是气体中的CO和水蒸汽在一定的压力和温度条件下，在催化剂的作用下，使工艺气体中的CO和H2O（g）发生变换反应生成H2和CO2，其反应式如下：
CO+H2O H2+CO2
2.3催化剂的还原和老化
（1）还原：
催化剂原始状态为氧化态Fe2O3，必须首先还原为活性态Fe3O4
催化剂还原
反应：Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O（g）
Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2
（2）老化：
在反应设备中具有活性的催化剂需要卸出时，通入含微量氧的惰性气体或其他气体(如水蒸气)，使其生成氧化膜，卸出时能安全和空气接触而不致剧烈燃烧，这种操作称为催化剂的钝化。
通过上述反应，即能将CO转化为易于脱出的CO2 ，又可以制得与CO等摩尔的H2。而仅仅消耗的是廉价的水蒸汽，使工艺气体变成希望得到的气体组成。
2.CO变换催化剂
2.1变换催化剂的分类
按反应温度分类
催化剂
催化剂
按组成分类

一氧化碳变换操作规程

一氧化碳变换操作手册第一节工艺原理一氧化碳是在催化剂的作用下，具有一定的温度（高于催化剂的起始活性温度）条件，CO和水蒸汽发生反应，将CO转化为氢气和二氧化碳气。

其化学反应式为：H2O+CO ⇔ CO2+H2+Q这是一个可逆放热反应。

从化学平衡上看降低CO2浓度，降低温度，增加水蒸汽量可以使平衡右移，提高CO转化率。

一氧化碳在某种条件下，能发生下列副反应：CO + H2⇔ C + H2O (1)CO +3H2⇔ CH4 + H2O (2)CO2 + 4H2O ⇔ CH4 + 2H2O (3)这几个副反应都是放热反应，甲烷化反应会使催化剂床层温度飞升，析碳反应造成催化剂失去活性，在正常操作中我们要尽量减少这些副反应的发生。

本工序针对SHELL粉煤气化生成的粗合成气的特性（CO含量高，且含硫量较高），一氧化碳变换采用耐硫宽温变换工艺，采用锅炉给水、脱盐水换热的方式回收反应热。

第二节流程叙述从SHELL来的煤气化装置的粗合成气（温度：168℃，压力：3.8MPa（g），湿基CO：55.6％，干基CO：69.07％）进入煤气原料气分离器04S001，分离出夹带的液相水后进入原料气过滤器04S002，其中装有吸附剂，可以将粗合成气中的粉尘等对催化剂有害的杂质除掉。

然后粗合成气分成三部分。

一部分占总气量28.5％的粗合成气进入煤气预热器04E001，与第三变换炉04R003出口变换气换热至210℃，后进入蒸汽混合器04S003，进入该混合器前,来自蒸汽管网的过热蒸汽（4.4MPa，282℃）与粗合成气混合。

进蒸汽混合器的蒸汽量由调节阀FV-04005调节，该蒸汽量与28.5％的粗合成气量是比例控制，保证进入一变、汽、气比不低于1.09，原料气管线设有TV-04003调节阀旁路（测温点TE-04003在一变的入口。

混合后的粗合成气进入煤气换热器04E002管侧与来自第一变换炉04R001出口的变换气换热。

合成气温度由TV-04003控制在约255℃左右，进入第一变换炉04R001进行变换反应（一变入口湿基CO：33.1％）。