一氧化碳变换

目录

一、

二、

三、

四、一发展历史············································

五、二反应原理············································

六、三催化剂············································

七、四工艺条件············································

八、五工艺流程············································

九、六主要设备············································

十、七结论············································

中变串低变方案设计

一. 发展历史

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。

二. 反应原理

一氧化碳变换反应式为：

Q

H

CO

O

H

CO+

+

=

+

2

2

2

( 1 )

+

=

+C

H

CO

2

O

H

2

( 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）具有良好选择性催化剂,进而抑制其它副反应的发生。

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

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。

反应的特点是可逆、放热、反应前后气体体积不变，并且反应速度比较慢，只有在催化剂的作用下才具有较快的反应速度。

三. 催化剂

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”。

中温催化剂:中变催化剂具有相当高的选择性，在正常操作条件下不会发生甲烷化和析碳反应，中变催化剂的使用寿命，与它的活性、强度、和操作条件有关，它的耐热性和抗毒性也与活性和强度有关，而且大型化工企业的中变催化剂的本体含硫量也有很高的要求。铁的氧化物是中变催化剂的活性组分，但纯Fe3O4的活性温度范围很窄，而且在低汽气比条件下有可能发生过度还原而变为FeO，甚至还原到铁，从而引起CO的甲烷化和歧化反应。工业上用的中变催化剂都是添加Cr2O3的，它起稳定剂的作用，可以防止和延缓催化剂因高温烧结而使晶粒长大和表面积减小，当Fe2O3还原成Fe3O4时，Cr2O3可提高活性相Fe3O4的分散度，增大比表面积。导致催化剂活性增加。铬的氧化物还起另外一个作用，在一般条件下，从Cr3+转变为Cr是非常困难的，而Fe3+还原为Fe是比较容易的，因

而在反应条件下Cr3+可以防止铁氧化物的过度还原。在中变催化剂中，钾是有效的助催化剂，钾含量不同的催化剂其活性有很大差别。加入少量的钾盐对于催化剂的活性、耐热性和强度都是有利的。就容易使催化剂结皮、阻塞孔道，致使活性下降和床层阻力上涨。催化剂一般含0.2~0.4%的K2O。

低温催化剂:低变催化剂是在原来的中变催化剂基础上发展起来的，这种催化剂能用于含硫较高的原料气，操作温度范围比较宽，其主要组分为CoO、MoO、K2O、Al2O3，型号为B302Q，这种催化剂不仅能耐高硫原料气，而且对有机硫有较高的转化率。

1.宽温低变催化剂——钴-钼系催化剂，活性温度为200～500℃，操作温度较宽。

钴钼系催化剂一般含有1%～10%（2%～5%最好）的氧化钴和含有2%～25%（7.5%～15%最好）的氧化钼，并以氧化铝、硅酸盐、氧化镁、氧化锌等为载体。为了降低催化剂的活性温度，通常还加入少量碱金属氧化物。

特点：

a.有很好的低温活性

b.有突出的耐硫和抗毒性

c.强度高，寿命长

2.低温变换催化剂——铜-锌系催化剂，活性温度为200～280℃。

主催化剂：CuO添加剂：ZnO和Al2O3、Cr2O3活性成分：Cu活性温度范围：180 ～280℃

特点:

a.有很好的低温活性

b.蒸汽消耗量低

c.抗毒性能差

d.使用寿命短

3.中温变换催化剂——铁-铬系催化剂，活性温度为350～550℃。

铁的氧化物（80-90%）主活性组分，还原成Fe3O4后具有活性三氧化二铬（7-11%）稳定剂，分散在Fe3O4之间，提高催化剂的耐热性和活性，防止Fe3O4渡还原为FeO 氧化钾（0.2-0.4%）助催化剂，提高催化剂的活性MgO Al2O3提高耐热和耐硫性能。

特点:

a.选择性高,抗毒能力强

b.存在操作温度高,蒸汽消耗量大的缺点

四. 工艺条件

1.压力

压力对变换反应的平衡几乎没有影响。但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。单就平衡而言，加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂操作压力为0.7~1.2MPa,

中型氨厂为1.2~1.8 MPa。本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取1.7MPa。

2.温度

变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率