一氧化碳变换

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%
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 。
气体组成
1. 温 度
（1）热力学角度考虑 变换反应是放热反应，对一定的原料气初始组成，温度的
降低，平衡向正反应方向移动，Kp值增大，变换气中CO的平 衡含量降低。
所以，当原料气组成一定时，温度越低，平衡变换率越高。
低温条件下变换后残余CO含量可以有较大的降低。
（2）动力学角度 T↑r ↑（反应速度） 从反应动力学可知，温度升高，反应速度常数增大，对
0.015234
0.008030
0.005436
400
0.099126
0.024781
0.013469
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
反应速度有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即CO
平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速度不利。
rco
dNCO dW

k0
e
xp(
Ec
RgT
)
pco
pco2
0.5
1
pco2 pH2

K p pco pH2O
B系列中变催化剂本征动力学方程
低温可降低平衡一氧化碳含量
温度/℃ Kp
200
250
300
350
400
227.9 86.51 39.22 20.34 11.7
450 7.311
500 4.878
结论：随着温度的升高，平衡常数降低。即温度对平 衡有影响，T Kp
3、变换率及平衡变换率
一氧化碳的反应程度
以1mol湿原料气为基准，xp为CO 的平衡转化率，可计算平衡组成
难点：方案的确定和流程的布置
第一节 一氧化碳变换的基本原理及热力学
一、化学平衡和平衡转化率 1、热效应
反应热：⊿H298,R＝-4.868-1.2184T+1.1911×10-3T2-4.0625×10-6T3
温度/℃ 25
200 250 300 350 400 450
⊿H298,R -41.18 -40.07 -39.67 -39.25 -38.78 -38.32 -37.86 kJ/mol
5Biblioteka Baidu0 -37.3
结论：放热反应，反应热随温度的升高而降低
2、化学平衡常数
K p Pco2 PH2 yco2 yH2
Pc o PH2O
yco yH2O
log
kp

3994.704 T
12.220227log T
0.004462T
0.67814*106T 4
36.72508
注：实际生产中，可测定原料气和变换气中的CO,且视为干基， 一氧化碳的转化率：
xp

ya ya (1
ya ya
)
100%
原料气 中CO含
量
变换气 中CO含
量
生产中用途：可测定原料气和变换气中的CO,判断问题； 确定催化剂用量
二、工艺条件对变换反应的影响
P100
温度
压力 影响因素 空速
21-24
CH4 0.8-1.3 0.2-0.4
都含有CO，但氨的合成和尿素生产中都不需要 CO，应将其除去。
CO水蒸气变换反应，简称CO变换反应:
CO+H2O H2+CO2
任务
（1）气体的净化（脱除CO）。
（2）有效气体氢气和二氧化碳的制备。
（3）大部分有机硫转换成无机硫（H2S）。
反应 特点
1、可逆：化学平衡的问题，转化率问题？ 2、放热 3、等体积
常温
冷 却
常温
常温
换 热 器 常温
达到反应温度的途径
水蒸气的加入---饱和器和热水器
原料气+水蒸气
低温变换气
水蒸气
原料气
低温原 料气
直接加入蒸气
热 水
热 热水器 水 变换气的热量传给
水，使水升温。
饱和器
高温变 换气
饱和器的方法
200-400℃
变换 反应器
反应系统
变
换
换
工
热
换热系统
段
器
原
则
热
流
水
变换气
组分 初始组成 平衡浓度
CO ya ya-yaxp
H2O yb
yb-yaxp
CO2 yc
yc＋yaxp
H2 yd yd十yaxp
平衡常数和平衡 转化率的关系
当T和原料气组成已知时，即可通过T计算出Kp，求出xp
不同温度及水蒸气比例下，干变换气中CO平衡含量， 摩尔分数
温度℃
H2O/CO, 摩尔比
1
4、催化剂参与
在工业上如何实现？工艺流程如何安排？
CO+H2O H2+CO2
该反应需要在催化剂存在下进行，依据目前开发的催 化剂活性温度，其反应温度在200-400℃之间，中变催化 剂在280-400℃ ，低变催化剂为200-320 ℃
200-400℃
变换 反应器
200-400℃
变换 反应器
加 热
第三章 一氧化碳变换 p87
变换工段装置
氨合成
H2+N2
尿素合成 CO2+2NH3
NH3
CO(NH2)2+H2O
需要H2和N2 需要NH3和CO2
脱硫后原料气体成分
方法
固体燃料气化 甲烷转化工艺
CO 28-30 12-13
H2 35-39 53-58
气体成分％
CO2
N2
7-8.2 17-18
6-8
热力学的影响
动力学的影响
最佳操作温度
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
3
5
7
150
0.009538
0.001757
0.000065
0.000035
200
0.016999
0.002137
0.000216
0.000120
250
0.027313
0.003017
0.000576
0.000316
300
0.059030
0.008375
0.004314
0.002900
350
0.078495
器
饱 和
加入水蒸气和 热量回收系统
程 构 成
原料气 器
本章基本要求：任务、原理
1 变换反应原理及其特点
2 工艺条件对反应的影响关系
重点
3
中变催化剂、低变催化剂、耐硫变换催化剂 组成、使用条件、还原（硫化）、钝化原理
4 中变流程、中低低、中串低、全低变的流程组 织原则、流程特点以及主要设备的结构和作用