一氧化碳变换

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
0.015234
0.008030
0.005436
400
0.099126
0.024781
0.013469
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，
500 -37.3
log
kp
3994.704 T
12.220227log T
0.004462T
0.67814*106T 4
36.72508
温度/℃ Kp
变换反应的平衡常数
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
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
•
CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)
• 反应热
H
0 98
k4J1/.m19ol
• 放热反应，所以温度上升，平衡常数下降。
Kp
p p CO2 H2 pCO pH2O
• 有了平衡常数。和初始浓度(注意实际生产中4种物质均 有初始浓度值)，按平衡常数表达式容易计算出平衡组 成和转化率。
• 变换平衡组成计算
• 以1 mol湿原料气为计算基准，ya、yb、yc和yd
分别为初始组成中CO、H2O、CO2和H2的摩尔
分数，xP为CO的平衡转化率，则各组分的平衡
含量为ya-yaxP， yb-yaxP， yc+yaxP和yd+yaxP。
所以
Kp
p p CO2 H2 pCO pH2O
yc ya xp ya ya xp
反应热：⊿ H298,R＝-4.868-1.2184T+1.1911×10-3T2-4.0625×10-6T3
变换反应的反应热
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
要根据实验来选择操作条件以避免生成不利物质。 • 温度在400-500°C,水碳比＞2时，可保证生成Fe3O4。
注意：耗1%H2温升1.5℃，耗1% CO温升7℃。 载体：蒸汽
高变催化剂特性： 1、活性—操作温度、毒物 2、强度—抗冲刷、抗磨损 3、催化剂含硫量—放硫彻底 4、催化剂寿命—催化剂的失活、压力降的增大 5、催化剂的还原问题 6、还原过程的放硫问题 7、抑制费托副反应的改进型高变催化剂
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
0.028866wenku.baidu.com
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%
铜锌系 铁铬系
钴钼系
变换催化剂
二、中变催化剂
B117：
氧化铁r-Fe2O3载体70-75% 氧化铬Cr2O3 3.0-6.0% 其它助剂
B116
氧化铁（r-Fe2O3 载体） 70-75% 氧化铬（Cr2O3）1.5-3.0% 总钼含量(MoO3)1-1.5% 其它A助剂，B助剂
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
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
• 整理得
x
ya
ya 1
ya ya
100%
• 温度越低，水碳比越大，平衡转化率越高。反应 后变换气中残余CO量越少。
变换催化剂
1、活性好
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
按反应温度分类
中变
低变
耐硫变换
变换催化剂
按组成分类
yd ya xp yb ya xp
• 如果已知系统温度、初始组成，就可根据上式 求出xP，进而求出系统平衡组成。
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
3
5
7
150
0.009538
0.001757
0.000065
0.000035
200
0.016999
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。
各组分的作用 铁铬系催化剂
铁的氧化物 三氧化二铬
氧化钾
（80-90%） （7-11%） （0.2-0.4%）
MgO Al2O3
一氧化碳变换
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：
主反应：CO+H2O CO2+H2 △H0298=-41.19KJ/mol 副反应：CO+H2 C+H2O
CO+3H2 CH4+H2O