一氧化碳变换压力
一氧化碳的变换
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。
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。
一氧化碳变换工艺变换率的影响因素分析
一氧化碳变换工艺变换率的影响因素分析摘要：中国神华鄂尔多斯煤制油分公司鄂尔多斯煤制油分公司煤制氢装置是煤直接液化项目的重要装置，煤制氢装置主要是以煤和氧为原料，采用荷兰壳牌粉煤加压气化技术造气，生产出的粗合成气经过一氧化碳变换、酸性气脱除（低温甲醇洗）和变压吸附（PSA）氢气提纯等组合工艺产出氢气含量大于99.5%的合格氢气。
其中一氧化碳变换装置，是煤制氢工艺的主要产氢装置，主要为中、低、低串联全变换工艺，采用的催化剂为宽温耐硫变换催化剂。
催化剂活性的高低直接影响变换装置一氧化碳转化率既变换率，进而影响氢气产量。
关键词：变换；催化剂；反应中图分类号：TQ546.4 文献标识码：B1、概述一氧化碳变换反应是指原料气中的一氧化碳在其催化剂作用下与水蒸汽反应，生成氢气的过程。
变换反应根据催化剂不同主要分为耐硫变换反应和不耐硫变换反应。
对于以煤为原料的加压气化，由于硫含量比较高，目前国内外均采用耐硫变换催化剂。
本文针对神华鄂尔多斯煤制油分公司煤制氢装置中变换工艺的运行实践进行了分析,重点是对Co-Mo系耐硫变换催化剂及其变换率在工艺上高效使用情况进行总结分析，提高装置变换率并延长催化剂使用寿命，该研究在保障装置安全、稳定运行方面提供了技术与实践基础。
2、变换催化剂介绍神华鄂尔多斯煤制油分公司煤制氢装置采用Co-Mo系耐硫变换催化剂，为了保护催化剂，该类型的催化剂在出厂时一般以氧化态，该状态下催化剂活性较低，必须通过硫化剂进行硫化，使氧化态催化剂变成硫化态后才能发挥出较高的活性催化能力。
催化剂一般是在装置催化剂装入变换后、装置开工前进行硫化，通过循环通入含硫化氢的气体，对催化剂床层进行升温、硫化。
因为各装置硫化氢的来源不同，对催化剂进行硫化当前主要有两种方法：第一种是合成气硫化法。
合成气硫化法采用的是上游工段气化炉产生的煤气中氢气和硫化氢，其中硫化氢是通过在原料煤中掺加高硫煤来达到硫化氢的浓度要求。
第二种是循环氮气硫化法，该方法是以氮气作为主要载体，根据工况向氮气中加入氢气及二硫化碳，并通过高温下氢气和硫化剂的反应产生硫化氢来进行催化剂硫化。
年产36万吨合成氨一氧化碳变换工段工艺设计
摘要本设计为年产36万吨合成氨一氧化碳变换工段工艺设计。
变换工序是合成氨中最重要的工序之一，在合成氨工艺的流程中起着非常重要的作用。
介绍氨的基本性质和用途，阐述了变换工段工艺发展概况，优化了合成变换的工艺流程。
确定本设计采用中变串低变的工艺流程，本次设计利用 ASPEN PLUS V.11对设计过程进行模拟，统筹多种因素合理安排合成工艺中的各种设备及其形式、参数，通过 ASPEN 软件中的 Simulation、Energy analysis 模块完成各部分及全过程的物料及能量衡算。
并对第一变换炉、第二变换炉、煤气换热器以及变换气换热器等主要设备进行选型计算，做出了合成氨变换工段中变串低变的工艺流程图和设备布置图。
所得结果基本满足设计要求，工艺流程可行。
关键词：合成氨一氧化碳 ASPEN PLUS V.11 中低温变换第一章绪论1.1氨的基本性质氨（Ammonia），一种氮和氢的化合物，NH是一种无色气体，有强烈的刺激性3气味，易溶于水，室温和大气压力1体积的水可以溶解700倍体积的氨，水溶液也称为氨水。
它被冷却加压成液体，液氨是一种制冷剂。
氨也是制造硝酸、肥料和炸药的重要原料。
氨对地球上的生命很重要，它是许多食物和肥料的重要成分，氨水也是所有药物的直接或间接成分。
氨有多种用途，但也有腐蚀性和其他危险性。
由于其广泛的用途，氨是世界上最大的无机化合物生产商之一，其中80% 以上用于制造化肥。
氨也是路易斯碱，因为它提供了孤对电子。
1.2 一氧化碳变换反应的意义与目的在合成氨的生产过程的原料中存在着有害的一氧化碳成分，因此就要除去一氧化碳，在这一过程中CO变换起着至关重要的作用。
反应所需的反应气来自天然气，但是天然气中含有一氧化碳成分。
在合成过程所需的原料，不能用一氧化碳，因为毒害作用，会使催化剂失效。
因此必须除去CO成分，这一目的需要在催化剂的促使下通过变换反应来完成。
使用催化剂的情况下，发生CO+H2O=CO2+H2反应。
变换水汽比操作
水气比低的话容易产生甲烷化反应和析碳反应，CO+3H2==CH4+ H2O CO+H2==C+ H2O，使得变换炉温度过高，因为这两个反应是剧烈的放热反应，甲烷化反应热是变换的5倍；至于增大水气比，因为水蒸气作为热载体可以移走变换炉内的热量，从而达到控制炉温的目的！！变换炉中的反应是CO+H2O=CO2+H2+41.19KJ/mol,此反应是个放热反应,反应的水/干气和变换炉入口温度是重要控制参数,一般经验来讲,CO含1%(干气)温度会升高3-5度.水气比对床层温度影响：过小，床层温度肯定高；过大，温度会偏低；空速对床层温度的影响：空速大，床温低；进口温度对顶层温度的影响：进口温度高，顶层温度肯定高；CO含晨对床层温度的影响：CO含量高，床层温度高；催化剂活性对床层温度的影响：催化剂活性高，床层的热点温度应在上部但是如果水汽过高，容易发生反硫化，特别是原料气的硫含量比较低的时候从一氧化碳变换反应公式就可以明显看出，温度、压力、蒸汽量、CO2含量是影响变换反应的主要因素，而床层温度的影响因素是水汽比、空速、CO2、催化剂活性，催化剂在使用过程中分初期、中期、后期，为了延长催化剂使用寿命，一般初期控制在低温，随着使用时间增加慢慢提高催化剂使用温度，催化剂是由主催化剂（活性组分）、助催化剂、载体组成，活性组分布满整个催化剂内外表面，每个活性组分都参与变换反应，随着使用时间的延长，活性组分流失和被灰尘覆盖，催化剂活性下降，由于一氧化碳变换反应是可逆放热反应，催化剂使用初期床层温度高，需用副线调温，后期活性下降床层温度降低。
空速大小对变换反应影响较大，空速大带走热量多，床层问下降。
原料气中CO2含量对床层温度影响。
水气比过高过低都不好，过高了蒸汽消耗增加，不经济，且床层温度不易维持，过低了变换率有所下降。
我们厂的是钴钼耐硫变换催化剂。
变换催化剂超温现象不多见，最常见的是工艺气带水进入变换炉，水在催化剂床层凝结导致触媒粉化，床层阻力增加。
影响一氧化碳变换反应的主要因素
影响一氧化碳变换反应的主要因素1．温度对一氧化碳变换反应的影响一氧化碳变换反应是一个可逆放热反应，因此温度升高对反应平衡不利，也就是说一氧化碳的平衡变换率随温度的升高而降低，但在催化剂的活性范围内，提高温度可以加快反应速度，在同一气体组成和汽气比条件下，选择适宜的温度，使它既有利于CO平衡变换率的提高，又能使反应速度加快，以达到最佳的反应效果及最合理的催化剂用量。
催化剂的活性温度越低，在相同条件下，CO的平衡变换率越高，即变换气中CO含量越低。
或者说，在达到相同的CO变换率时，活性越低的催化剂可以控制较低的汽气比，从而节省蒸汽用量。
2．汽气比对CO变换反应的影响汽气比是指入变换炉水蒸汽与煤气中CO的体积比。
（也可用水蒸汽与干半水煤气的体积比表示）汽气比对CO变换率有很大的影响。
CO平衡变换率是随汽气比提高而增加的，但其趋势是先快后慢，即当汽气比较低时CO变换率曲线的斜率很大，随着汽气比的提高，CO变换率曲线斜率逐渐减小，当汽气比提高到某一值时，CO平衡变换率曲线逐渐趋于平坦。
汽气比对反应速度的影响。
一般在汽气比较低时反应速度随汽气比的提高而上升较快，而后随着汽气比的不断上升而逐渐缓慢下，其情况类似于汽气比对CO平衡变换率的影响。
因此在汽气较低的情况下，适当提高汽气比对提高CO变换率及反应速度均有利，但过高的汽气比在经济上是不合算的。
3．压力对CO变换反应的影响CO变换反应是等分子反应，反应前后气体的总体积不变，故压力对反应平衡没有影响。
在变换过程采用加压操作，其目的在于；增加CO的反应速度，提高系统的热利用率减少动力消耗，同时压力提高设备的占地面积更少，流程更紧凑。
研究表明，压力提高催化剂的活性显著提高，反应速度加快。
换句话说，由于加压下反应速度加快，所以催化剂的用量少于同规模下常压变换。
4．空间速度对CO变换反应的影响空间速度简称“空速”。
是指单位时间内通过单位体积的催化剂的气体标准体积数，单位为m3(标)/[m3(催化剂)•h]或简写成h-1。
第5章-合成气
原料：多种多样。 C1化工技术：利用合成气转化成液体和气体燃料、大吨位化工
产品和高附加值的精细有机合成产品，实现这种转化的重要 技术。 CH3OH等参与反应的化学。
C1化学：凡含一个碳原子的化合物，如CH4、CO、 CO2、HCN、
C1化工：涉及Cl化学反应的工艺过程和技术。
5.1.1
合成气的生产方法
第5章 合成气生产过程
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 概 述 由煤制合成气 由天然气制造合成气 由渣油制合成气 一氧化碳变换过程 气体中硫化物和二氧化碳的脱除
5.1
概 述
合成气：一氧化碳和氢气的混合物，英文缩写是Syngas。H2与
CO的比值随原料和生产方法不同而异，其H2／CO(摩尔比)由1 ／2到3／1。 合成气是有机合成原料之一，也是氢气和一氧化碳的来源，在 化学工业中有着重要作用。
上部为无催化剂的燃烧段，在此处一定量的CH4按下式进行不完全燃烧，释放 出热量。
下部为有催化剂的转化段，利用燃烧段反应放出的热量，进行吸热的甲烷蒸汽 转化反应[见式(5-20)]。 下部的反应条件： 2.45 MPa，950～1030℃，（下部的）颗粒状镍催化剂 （以含氧化锰和氧化铝的尖晶石为载体，具有很高的活性和耐高温性能， 可采用较高空速进行反应）。
�设臵预先转化器的目的? 主转化器：多管式反应器，反应管垂直臵于转化炉中，管外燃烧燃料供热，
转化温度900℃左右，操作压力0.7～1.2 MPa，利用烟道气余热来加热各种 原料。 调节原料混合气的CO2／CH4和H2O／CH4之比，可使转化后合成气中H2／CO 在1.8～2.7之间变动。
5.3.2
可能发生的副反应主要是析碳反应析碳：甲烷水蒸气转化反应必须在催化 剂存在下才能有足够的反应速率。 倘若操作条件不适当，析碳反应严重，生成的碳会覆盖在催化剂内外表面， 致使催化活性降低，反应速率下降。 析碳更严重时，床层堵塞，阻力增加，催化剂毛细孔内的碳遇水蒸气会剧 烈汽化，致使催化剂崩裂或粉化，迫使非正常停工，经济损失巨大。
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的反应热温度℃25 200 250 300 350 400 450 500 550 △HkJ/gmol 41 39.8 39.5 39 38.5 38 37.6 37 36.6压力对变换反应的反应热影响较小，一般不做考虑。
变换
第四章 甲醇原料气中一氧化碳的变换以重油与煤为原料所制得的粗甲醇原料气均需经过一氧化碳变换工序。
一氧化碳变换工序的主要有两个作用：一是调整甲醇原料气氢碳比例。
合成甲醇所用的气体组成应保持一定的氢碳比例。
在甲醇合成反应中，应使15.210.222-=+-=CO CO CO H f 或05.20.222-=+=CO CO H M当以重油或煤、焦为原料生产甲醇时，气体组成偏离上述比例，CO 过量而H 2不足，需通过变换工序使过量的一氧化碳变换成氢气，以调整氢碳比。
二是使粗煤气中的有机硫（COS 、CS 2等）水解转化为无机硫（H 2S ），便于脱除。
甲醇合成原料气必须将气体中总含硫量脱至0.1ppm 以下。
以煤制的粗水煤气中硫的主要存在形式有两种无机硫H 2S （90%）和有机硫COS （10%）。
除非采用甲醇洗，通常的湿法脱硫难以在变换前脱除有机硫。
设置了变换工序后，有机硫化物均可在变换催化剂上转化为H 2S ，便于后工序脱除。
COS + H 2O ═ CO 2 + H 2S （4-1）工业生产中，一氧化碳变换反应均在催化剂存在的条件下进行。
根据反应温度不同，变换过程分为中温变换和低温变换。
中温变换催化剂以三氧化二铁为主，反应温度为350～550℃，反应后气体中仍含有3％左右的一氧化碳。
低温变换以铜(或硫化钴-硫化钼)为催化剂主体，操作温度为180～280℃，反应后气体中残余一氧化碳可降到0.3％左右。
近年来，随着高活性耐硫变换催化剂开发和使用，变换工艺发生了很大变化，由过去单纯的中温变换、中低温变换，发展到目前的中变串低变、全低低、中低低变换等多种新工艺。
第一节 一氧化碳变换原理一、变换反应的特点 变换反应可用下式表示：CO + H 2O(g) ═ CO 2 + H 2 +Q (4-2)变换反应的特点是可逆、放热、反应前后体积不变，并且反应速率比较慢，只有在催化剂的作用下才具有较快的反应速率。
变换反应是放热反应，反应热随温度升高而有所减少，其关系式为[]mol cal T T T Q /109703.010845.2219.010*******⨯⨯+⨯⨯-+=-- （4-3）式中 T —温度，K 。
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。
变换-净化工艺流
(2)
上述硫化过程中的H2S是靠粗煤气提供的，由于粗煤气中H2S含量很低，所以为了保证足够的
H2S含量,以保证硫化过程顺利进行,我厂采用向系统内连续添加CS2的方法,使其发生氢解反应生
成H2S:
CS2＋4H2＝2H2S＋CH4
2.2 操作参数
出变换工序变换气CO 含量 21%
变换炉入口温度
265-280℃
Qcs-03型钴钼耐硫变换催化剂。由于它采用了新的组分和制造工艺，区别于原有的钴钼耐硫 变换触媒体系，其变换活性高，特别是低温变换活性和在低H2S浓度下的活性尤为明显，对高空 速，低水气比的适应能力和稳定性优于K8-11，可用于硫化物含量≥100ppm的工艺气，从而它既 可作为中温耐硫变换触媒使用，也可作为低温变换触媒使用。
HV 2005
E2005
HV
FIQ 2006
TI 2012
2006
LV 2004
HV 2008
HV 2007
LV
V2002
2006
TI 2013
V2003
LV
LV
2005
FIQ
2007
2007
P2012 M
V2009
地沟 冷凝液去气化
冷凝液来自低温甲醇洗 锅炉给水去气化 高压闪蒸气来自气化
V2006
P2001A/B P2002A/B P2003A/B
P2004A/B
P2005A/B
P2006A/B
P2007A/B P2008A/B
P2009A/B
P2010A/B
P20011A/B
冷凝液泵Ⅰ 冷凝液泵Ⅱ 低压锅炉给水泵Ⅰ 低压锅炉给水泵Ⅱ 中压锅炉给水泵Ⅰ 中压锅炉给水泵Ⅱ 密封水泵 脱氧加药泵 低压锅炉加药泵 高压锅炉加药泵 甲醇合成锅炉加药泵
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 沸点及熔点
一氧化碳沸点及熔点一氧化碳（CO）是一种无色、无味的气体，它在常温下是一种具有特殊性质的物质。
本文将从一氧化碳的沸点和熔点两个方面来介绍这一物质。
一、沸点沸点是指物质在一定压力下由液态转变为气态的温度。
对于一氧化碳来说，它的沸点是非常低的。
根据实验数据，一氧化碳的沸点约为-191.5°C。
这个沸点远低于常见的液体沸点，说明一氧化碳在常温下容易从液态转变为气态。
为了更好地理解一氧化碳的沸点，我们可以比较一氧化碳和其他物质的沸点。
以水（H2O）为例，水的沸点约为100°C。
可以看出，相对于水来说，一氧化碳的沸点要低得多。
这是因为一氧化碳的分子结构较简单，分子间的相互作用力较弱，导致其沸点较低。
二、熔点熔点是指物质在一定压力下由固态转变为液态的温度。
对于一氧化碳来说，它的熔点同样是非常低的。
根据实验数据，一氧化碳的熔点约为-205.02°C。
这个熔点同样远低于常见的物质的熔点，显示出一氧化碳在常温下容易从固态转变为液态。
与沸点相似，我们也可以通过比较一氧化碳和其他物质的熔点来更好地理解一氧化碳的性质。
以铁（Fe）为例，铁的熔点约为1538°C。
与铁相比，一氧化碳的熔点远远低于其它物质，这主要是因为一氧化碳的分子间相互作用力较弱，分子结构较简单所致。
在实际应用中，一氧化碳的低沸点和熔点有着重要的意义。
由于一氧化碳易于从液态转变为气态，因此在工业生产中常用作溶剂、还原剂和反应介质。
同时，一氧化碳在高温和高压下也可以用作燃料，用于产生热能或驱动发动机等。
而低熔点则使得一氧化碳易于从固态转变为液态，从而方便了其在实验室中的使用和处理。
总结起来，一氧化碳的沸点约为-191.5°C，熔点约为-205.02°C。
这两个数值的低温特性使得一氧化碳在工业生产和实验室中有着重要的应用价值。
但需要注意的是，一氧化碳是一种有毒气体，长时间接触或高浓度暴露会对人体健康产生严重影响，因此在使用和处理一氧化碳时，必须采取相应的安全措施。
水煤气的变换工艺
1.2Mpa蒸汽去管网 4.0Mpa蒸汽来至氨合成
中变废锅 3.8Mpa400℃ 蒸汽 中变炉 低变炉
低变废锅
一分 0.4Mpa蒸汽去管网
去甲醇洗 脱盐水加热器 锅炉给水加热器 二分 洗氨塔 水冷器 变换废锅
变换废锅副产蒸汽压力等级的选择 ？ 1.根据全厂的蒸汽管网选择及后续装置对蒸汽等级的要求； （加脱盐水降温） 2.采用的蒸汽压力对应的温度低于水煤气温度 ； 3.根据锅炉的蒸汽压力来调节变换炉的水汽比；
第二低变废锅
213
162
氨变换工艺指标： 一变入口温度：270℃ ；出口CO≤4％； 一变热点温度：≤460℃。
低变入口温度：260℃；出口CO≤1％；
（二）甲醇变换： 来自气化工段的水煤气经水煤气废热锅炉 降温，同时生产1.2MPa（G）饱和蒸汽送往 管网；降温后的水煤气经第一水分离器分 离冷凝液，然后分为两股，一股后进入中 温换热器，预热260℃后进入变换炉，炉内 装有两段耐硫变换催化剂，气体在变换炉 中发生变换反应，出变换炉的变换气CO含 量约为6%（干），出口温度约为435℃；此 变换气经中温换热器/蒸汽过热器、变换废 热锅炉降温；变换废热锅炉产生4.0Mpa（G） 的饱和蒸汽经蒸汽过热器过热至400℃送管 网；
甲醇变换1.2.3分离器 不凝气去硫回收 高闪气来至气化 来至洗氨塔
氨变换1.2分离器 变换冷凝液槽 冷凝液气提塔
高温冷凝液去气化
0.3Mpa蒸汽
冷凝液去气化
高压冷凝液泵
低压冷凝液泵
高温冷凝液：去冷凝液槽经加压后去水洗 塔； 低温冷凝液：去蒸发热水塔：
公用工程在变换： 锅炉给水：脱盐水经加热后进入除氧槽，使水中 的O2＜15ug/l，然后由锅炉给水泵送到各废锅。 脱盐水经换热器加热后由30℃升高到90℃左右。 脱盐水指标： PH=8.8-9.2； Fe：《50ug/L； 电导率：《20ug/cm； Cu：《10ug/L； SiO2： 《20ug/L； O2: 《15ug/L； 硬度： 《0.2mmol/cm；
变换-净化工艺流
过程控制自动化
采用先进的自动化控制系统，实现过程控制的精确化 和自动化，提高生产效率。
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湿法脱硫
利用碱性溶液吸收原料气中的硫化氢 。常用的吸收剂有氢氧化钠、碳酸钠 等。吸收硫化氢后的溶液可通过加热 再生重复使用，同时回收硫磺。
脱硫剂选择与再生
脱硫剂选择
根据原料气的组成和性质，选择具有高吸附容量、良好选择性和稳定性的脱硫剂。常用的脱硫剂有氧化铁、氧化 锌、活性炭等。
脱硫剂再生
脱硫剂在吸附硫化氢后，需要进行再生以恢复其脱硫能力。再生方法包括加热再生、减压再生和化学再生等。加 热再生是最常用的方法，通过加热使脱硫剂释放吸附的硫化氢，恢复其活性。
用于收集并返回部分塔顶产品以维持塔内操作稳定。
吸附法精制原理及吸附剂
原理
利用吸附剂对混合物中各组分吸附能力的差 异，使混合物通过吸附剂床层时，其中某一 或某些组分被吸附在吸附剂表面，而其他组 分则通过床层，从而实现混合物的分离。
吸附剂
常用的吸附剂包括活性炭、硅胶、分子筛等 。这些吸附剂具有较大的比表面积和孔容， 能够提供更多的吸附活性位，从而实现对混
06
变换净化工艺流优化与改进
工艺流程优化策略
01
02
03
流程简化
减少不必要的操作步骤， 合并可并行进行的工序， 提高整体流程效率。
能源利用优化
改进热交换网络，降低能 源消耗，提高能源利用效 率。
废弃物减少
通过改进工艺条件或采用 新技术，减少废弃物产生， 降低处理成本。
设备选型与改造建议
设备更新
变换工艺条件与优化
温度
压力
工艺学答案
工艺学答案12.单元合成反应中确定反应温度的主要依据是什么？答：化学平衡、反应速率、催化剂活性、设备材料、投资。
14.试解释甲烷水蒸气转化的原理及其工业生产方法？一氧化碳变换的目的及原理是？答：(1)甲烷水蒸气转换原理：CH4+H2O?CO+3H2 CO+H2O(g)?CO2+H2。
工业生产方法：甲烷蒸汽转化常在加压下进行，一般要求转化气中甲烷少于0.5%，要使甲烷有较高的转化率需较高的温度，通常在1000℃以上。
因此甲烷蒸汽气化时，生产上采用2段转化，一段转化炉温度在600~800℃，二段转化炉温度在1000~1200℃，压力在3~4MPa，水碳比3~4. (2).一氧化碳变换：不至于使合成氨过程中的催化剂失活；把一氧化碳转化为易于清除的二氧化碳，制得等量的氢气，CO2+H2O(g)?CO2+H2。
15．工业上为制备合成氨的原料气，为什么需要对气体进行净化和精制？净化和精制大致分为哪几个过程?答：(1).气体中的杂质可使催化剂中毒(2).净化和精制过程：原料气的脱硫，一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，甲烷化。
16.简述工业上常用脱硫方法的原理、典型流程和适用范围？答：(1).干法脱硫：用固体吸收剂吸收原料气中的硫化物，一般只有当原料气中硫化氢质量浓度不高，标况下在3~5g/m3才适用。
干法脱硫包括：a.氧化锌法脱硫，可脱除有机硫和无机硫。
原理：ZnO+H2S=ZnS+H2OZnO+C2H5SH=ZnS+C2H5OHZnO+C2H5SH=ZnS+C2H4+H2Ob.钴-钼加氢脱硫法（脱除含氢原料中的有机硫）原理：RCH2SH+H2=RCH3+H2SRCH2S-CH2R’+2H2=RCH3+R’CH3+H2SRCH2S-SCH2R’+3H2=RCH3+R’CH3+2H2S(2).湿法脱硫可脱除大量无机硫：1.化学吸收法：以弱碱性吸收H2S，再解吸。
2.物理吸收法：用溶剂选择性溶解H2S。
3.化学-物理综合吸收法。
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欲使变换过程在最佳工艺条件下进行，达到高产、优质和低耗的目的，就必须分析各工艺条件对反应的影响，综合选择最佳条件。
一.变换压力
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：l、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。
2、设备体积小，布置紧凑，投资较少。
3、湿变换气中水蒸汽冷凝温度高，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，设备腐蚀加重，如果变换过程所需蒸汽全部由外界加入新鲜蒸汽，加压变换会增大高压蒸汽负荷，减少蒸汽作功能力。
二.变换温度
变换反应是放热的可逆反应，提高温度对反应速度和化学平衡有着矛盾的两方面的影响，在反应物组成和催化剂一定时，所对应的最大反应速度时的温度为最适宜温度。
反应不同瞬间有不同的组成．对应着不同的变换率，把对应于不同变换率时的最适宜温度的各点连成的曲线，称最适宜温度曲线。
如图4中，CD线为最适宜温度曲线，AB线为平衡曲线。
尽管按最适宜温度曲线进行最为理想，实际上完全按最适宜温度曲线操作是不可能的，因为很难按最适宜温度的需要准确地、不断地移出反应热，且在反应开始时(X=0)时最适宜温度大大超过一般高变催化剂的耐热温度。
实际生产中选定操作温度的原则是：
1 操作温度必须控制在催化剂的活性温度范围内。
反应开始温度应高于催化剂活性温度20℃左右，且反应中严防超温。
2 使整个变换过程尽可能在接近最适宜温度的条件下进行。
由于最适宜温度随变换率升高而下降，因此，需要随着反应的进行及时移出反应热从而降低反应温度。
工业上采用多段床层间接冷却式，用原料气和饱和蒸汽进行段间换热，移走反应热。
段数愈多，变换反应过程愈接近最适宜温度曲线，但流程亦更为复杂。
三.蒸汽比例
水蒸汽比例一般指蒸汽与原料气(或其中一氧化碳)的摩尔比。
增加蒸汽用量，可提高CO变换率，加快反应速度，防止副反应发生：但过量蒸汽不但经济上不合理，且催化剂床层阻力增加，一氧化碳停留时间加长，余热回收负荷加大。
因此，要根据原料气成分、变换率、反应温度及催化剂活性等合理控制蒸汽比例。
变换的蒸汽比例一般为：H2O／CO＝3～5。
四一氧化碳变换的工艺流程
由气化送来的水煤气（242.7℃；6.15Mpa（A）；水汽比1.50），经水煤气分离器和水煤气废热锅炉,温度降至230℃，再经1号冷凝液分离器。
在1号冷凝液分离器中分离冷凝液后的水煤气分成两股，一股作为配气不经过变换炉，另一股入中温换热器预热至260℃，进入变换炉。
炉内装耐硫变换触媒。
出变换炉反应气CO含量约为14%（干），温度为394℃，经中温换热器降温后，温度为364℃。
此气与配气的水煤气混合，形成CO含量19%（干），温度338℃的变换气。
变换气经锅炉给水加热器,温度降至191℃，再经2号冷凝液分离器分离。
分离后的变换气进入脱盐水加热器,降温至70℃此气再进入变换气水冷器,温度降至40℃。
经3号冷凝液分离器。
分离冷凝液后的变换气送低温甲醇洗工号。
由管网来的140℃的锅炉给水经给水加热器加热至235℃后送界外。
1号冷凝液分离器分离的冷凝液进入2号冷凝液分离器V2503冷凝液，2号冷凝液分离器V2503冷凝液经高温冷凝液泵送气化工号洗涤塔。
脱盐水站来的脱盐水经脱盐水加热器加热至116.5℃，送至锅炉给
水系统的除氧器。
3号冷凝液分离器的冷凝液去老装置变换冷凝液气提塔。
触媒升温硫化在0.65Mpa(A)进行。
将低压氮气引至变换工号，经氮气加热器升温至320℃进入变换炉，出变换废氮气引入火炬。