一氧化碳变换基本原理.
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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
主要反应 次要反应
比如，某炉气的组成:
H2为41％ CO为38.5％，CO2为5.5％， CH4为0.2％，O2为0.2％，N2 为14.6％。
三、为何进行CO变换？
Cat
CO+H2O
职业教育应用化工技术专业教学资源库《甲醇生产技术》课程
模块三 一氧化碳变换
一、一氧化碳变换基本原理
徐州工业职业技术学院
学习任务与目标
1．什么是CO变换反应？ 2．为什么要进行CO变换？ 3．CO变换反应具有哪些特点？ 4．如何选择CO变换的条件？
通过学习，希望大家能够学会根据反应的特点及工程需 要合理选择反应条件
二、化学反应原理
CO与水蒸气反应，称为CO变换反应，简称 变换，此反应需要在催化剂参与下进行
CO+H2O Cat H2+CO2 －41.2kJ/mol
CO变换应该在何种条件下进行？
一个化学反应的条件应该如何确定 ？
请大家思考! ——了解反应的特点，再选择
CO变换反应的特点
反应 特点
1. 可逆反应：化学平衡的问题，平衡转化率 2. 放热反应：热力学与动力学问题，温度 3. 等体积反应：热力学与动力学问题，压力 4. 催化反应：没有催化剂参加是不行的
2. 加压的缺点
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 有机硫转化率下降
课后任务 请通过检索文献资料，找出解释加压操作优缺点的理由
CO变换的工艺条件： 汽气比
1. 汽气比概念 H2O/CO之比
2. 水蒸汽的作用
变换反应的原料；热载体；抑 制副反应（费托合成）
3. 汽气比与CO变换率关系
同一温度下，汽气比越高，平 衡转化率越高，且反应速度加快
结论： 并不是越大越好，因为能
耗高
CO变换的工艺条件： CO2
平衡角度考虑 除去生成物，有利于平衡向正方向进行。CO2低
好
结论： CO2应保持在较低水平 如：生产中，若选用中变串低变工艺，可在两
个变换炉之间串入脱碳装置。
CO变换的工艺条件： 小结
第一节 一氧化碳变换基本原理
一、净化工序任务 净化工序任务
1.调整组成 2.清除杂质
使氢碳比符合甲醇合成要求 保证甲醇合成催化剂的寿命
调整组成所采用的方法主要是进行一氧化碳变换反应 清除杂质包括硫化氢与有机硫化物的清除和二氧化碳的脱除 二氧化碳的脱除兼有调整组成与维持催化剂较高活性状态的双重作用
甲醇合成原料气的组成调整与杂质清除的工艺视原料气组成 不同有很大差异：以天然气为原料的情况下，不但无需变换工 序，还要外加二氧化碳，以满足甲醇合成的合理组成需要。以 煤与重油为原料，其净化过程最为复杂，要配置变换、脱 硫．脱碳工序，有时甚至需要二次脱硫，
转化成H2S，为脱硫创造条件。
CO变换工艺条件的选择
CO变换的工艺条件： 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，平衡变换率越高，变换气中CO的平衡含量降 低。温度低有利
2. 动力学角度考虑
温度越高，反应速度常数增大，反应速度越快。温度高有利
结论：反应应在加压条件下进行 ，通常压力为0.8-4.0MPa ， 小型厂低些，大型厂高些。
CO变换的工艺条件： 压力
1. 加压的优点
增加空速，提高生产能力 设备体积小，节省投资 有利于热能回收 热能的品位得以提高，有利于热量回收。 费托合成 CO+百度文库2 →CnH2n+2nH2O 被抑制 电耗降低
讨论1：温度 讨论2：压力 讨论3：汽气比 讨论4：CO2
课后任务
变换气
Ⅰ
工业生产中，为什么要将催化剂 原料气
分断装填？
Ⅱ
请结合流程回答这一问题
说明：流程中，I、II、III是催
化剂，段间是间壁式换热器。
Ⅲ
1.调整氢碳比例
H2+CO2 －41.2kJ/mol
目的
CO是合成甲醇的原料之一，但在以重油、煤为原料
的原料气中， (H2-CO2)/(CO+CO2)不在2.1～2.15之间， 部分变换的目的是“调整氢碳比例”在此范围，变换率得维
持在较低的水平。
2.将有机硫转换成无机硫（H2S） 经变换，将原料气中大部分有机硫（COS、CS2）
结论：反应应沿最佳温度线进行 ，在催化剂的活性温度范围内 选择最佳的操作温度
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
此时，反应器利用率最高，催化剂用量最少
CO变换的工艺条件： 压力
1. 热力学角度考虑 变换反应是等体积反应，压力对平衡无影响
2. 动力学角度考虑 压力越高，反应速度越快。加压对反应有利
主要反应 次要反应
比如，某炉气的组成:
H2为41％ CO为38.5％，CO2为5.5％， CH4为0.2％，O2为0.2％，N2 为14.6％。
三、为何进行CO变换？
Cat
CO+H2O
职业教育应用化工技术专业教学资源库《甲醇生产技术》课程
模块三 一氧化碳变换
一、一氧化碳变换基本原理
徐州工业职业技术学院
学习任务与目标
1．什么是CO变换反应？ 2．为什么要进行CO变换？ 3．CO变换反应具有哪些特点？ 4．如何选择CO变换的条件？
通过学习，希望大家能够学会根据反应的特点及工程需 要合理选择反应条件
二、化学反应原理
CO与水蒸气反应，称为CO变换反应，简称 变换，此反应需要在催化剂参与下进行
CO+H2O Cat H2+CO2 －41.2kJ/mol
CO变换应该在何种条件下进行？
一个化学反应的条件应该如何确定 ？
请大家思考! ——了解反应的特点，再选择
CO变换反应的特点
反应 特点
1. 可逆反应：化学平衡的问题，平衡转化率 2. 放热反应：热力学与动力学问题，温度 3. 等体积反应：热力学与动力学问题，压力 4. 催化反应：没有催化剂参加是不行的
2. 加压的缺点
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 有机硫转化率下降
课后任务 请通过检索文献资料，找出解释加压操作优缺点的理由
CO变换的工艺条件： 汽气比
1. 汽气比概念 H2O/CO之比
2. 水蒸汽的作用
变换反应的原料；热载体；抑 制副反应（费托合成）
3. 汽气比与CO变换率关系
同一温度下，汽气比越高，平 衡转化率越高，且反应速度加快
结论： 并不是越大越好，因为能
耗高
CO变换的工艺条件： CO2
平衡角度考虑 除去生成物，有利于平衡向正方向进行。CO2低
好
结论： CO2应保持在较低水平 如：生产中，若选用中变串低变工艺，可在两
个变换炉之间串入脱碳装置。
CO变换的工艺条件： 小结
第一节 一氧化碳变换基本原理
一、净化工序任务 净化工序任务
1.调整组成 2.清除杂质
使氢碳比符合甲醇合成要求 保证甲醇合成催化剂的寿命
调整组成所采用的方法主要是进行一氧化碳变换反应 清除杂质包括硫化氢与有机硫化物的清除和二氧化碳的脱除 二氧化碳的脱除兼有调整组成与维持催化剂较高活性状态的双重作用
甲醇合成原料气的组成调整与杂质清除的工艺视原料气组成 不同有很大差异：以天然气为原料的情况下，不但无需变换工 序，还要外加二氧化碳，以满足甲醇合成的合理组成需要。以 煤与重油为原料，其净化过程最为复杂，要配置变换、脱 硫．脱碳工序，有时甚至需要二次脱硫，
转化成H2S，为脱硫创造条件。
CO变换工艺条件的选择
CO变换的工艺条件： 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，平衡变换率越高，变换气中CO的平衡含量降 低。温度低有利
2. 动力学角度考虑
温度越高，反应速度常数增大，反应速度越快。温度高有利
结论：反应应在加压条件下进行 ，通常压力为0.8-4.0MPa ， 小型厂低些，大型厂高些。
CO变换的工艺条件： 压力
1. 加压的优点
增加空速，提高生产能力 设备体积小，节省投资 有利于热能回收 热能的品位得以提高，有利于热量回收。 费托合成 CO+百度文库2 →CnH2n+2nH2O 被抑制 电耗降低
讨论1：温度 讨论2：压力 讨论3：汽气比 讨论4：CO2
课后任务
变换气
Ⅰ
工业生产中，为什么要将催化剂 原料气
分断装填？
Ⅱ
请结合流程回答这一问题
说明：流程中，I、II、III是催
化剂，段间是间壁式换热器。
Ⅲ
1.调整氢碳比例
H2+CO2 －41.2kJ/mol
目的
CO是合成甲醇的原料之一，但在以重油、煤为原料
的原料气中， (H2-CO2)/(CO+CO2)不在2.1～2.15之间， 部分变换的目的是“调整氢碳比例”在此范围，变换率得维
持在较低的水平。
2.将有机硫转换成无机硫（H2S） 经变换，将原料气中大部分有机硫（COS、CS2）
结论：反应应沿最佳温度线进行 ，在催化剂的活性温度范围内 选择最佳的操作温度
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
此时，反应器利用率最高，催化剂用量最少
CO变换的工艺条件： 压力
1. 热力学角度考虑 变换反应是等体积反应，压力对平衡无影响
2. 动力学角度考虑 压力越高，反应速度越快。加压对反应有利