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

常数增大对反应速率有利，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，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的.因而存 在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为 Tm=1

212ln 1E E E E RT T e e -+

式中Tm 、Te —分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成和

催化剂的不同而变化。

①应在催化剂活性温度范围内操作，反应开始时温度应高于催化剂起始活性

温度20℃左右。

②随着催化剂使用年限的增长，操作温度应适当提高。

③为了尽可能接近最佳反应温度线进行反应，可采用分段冷却。

3.汽气比 水蒸汽比例一般指CO O H /2比值或水蒸汽/干原料气.改变水蒸汽比例是工业变

换反应中最主要的调节手段。增加水蒸汽用量,提高了CO 的平衡变换率,从而有利于

降低CO 残余含量,加速变换反应的进行。由于过量水蒸汽的存在,保证催化剂中活性

组分43O Fe 的稳定而不被还原,并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生。但是,水蒸气

用量是变换过程中最主要消耗指标,尽量减少其用量对过程的经济性具有重要的意

义,蒸汽比例如果过高,将造成催化剂床层阻力增加；CO 停留时间缩短,余热回收设备

附和加重等,所以,中变换时适宜的水蒸气比例一般为：CO O H /2=3～5，经反应后，

中变气中CO O H /2可达15以上,不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求。

五. 工艺流程

“中串低”工艺与传统的中温变换工艺主要不同之处是在原高变炉之后，又串

联了一个装有钴-钼系列耐硫宽温催化剂的低变炉，形成高变串低变的工艺流程。

低变炉入口气体温度一般可控制在210～230℃。

变换炉为中变炉串一个低变炉也称中串低，在原中变炉的后面串上一个低变

炉，中变炉有冷激可直接串在主热交换器后，中变炉为中间换热则在主热交后配置一个调温水加热器，再串上低变炉，该法处理简单，可随时进行，将低变炉、调温水加配置好，并入系统即可。热量回收采用饱和热水塔。

六. 主要设备

中低变串联流程中，主要设备有中变炉、低变炉、换热器等。以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的CO 浓度的含量以及变换气中所要求。

1.变换炉

a.变换炉的处理气量尽可能大。

b.气流的阻力小、气体在炉内分布均匀。

c.热损失小,这是稳定生产、节能降耗的重要条件。

d.结构简单，便于制造和维修，并尽可能接近最适宜温度曲线。

2.冷凝塔

用于冷凝饱和蒸汽,使之放出潜热而凝结液化。

3.饱和热水塔

是为了饱和半水煤气的温度,减少正面蒸汽的使用,热水塔是为了回收变换中的潜热,进一步降低变换气的温度.饱和热水塔都是组合体的上为饱和段,下为热水段,内部结构为空塔,填料塔盘和喷头雾化等。

4.低变炉

就是把进入脱碳的变换气中微量的一氧化碳转化为二氧化碳,起到变换系统把低变炉第一水加热器饱和热水塔油分离器冷凝塔第二水加热器混合器水冷激器水蒸汽

补充热水

冷激水变换气

变换工段工艺流程图(中变串低变）热交换器调温水加热器2预腐蚀器段间换热器调温水加热器1中变炉热水泵

5.中变炉

主要作用是将原料气中的一氧化碳与水蒸气反应生成氢气(同时生成二氧化碳),中变炉一般是立式圆筒容器。

七. 结论

天然气变换工段工序是合成氨生产中的第一步，也是较为关键的一步，因为能否正常生产出合格的压缩气，是后面的所有工序正常运转的前提条件。因此，必须控制一定的工艺条件，使转化气的组成，满足的工艺生产的要求。在本设计中，根据已知的天然气组成，操作条件，采用了中变串低变的工艺流程路线。设计中一共有中变炉，主换热器，调温水加热器，低变炉几个主要设备。

参考文献:

[1]《小合成氨厂工艺技术与设计手册》

一氧化碳低温变换

一氧化碳的低温变换 CO变换的工艺流程主要由原料气组成来决定的，同时还与催化剂、变换反应器的结构，以及气体的净化要求有关。目前低温变换主要是串接在中温变换催化剂后作为一氧化碳深度变换的。而入口一氧化碳含量5%-8% , 最高使用温度不超过300℃。 中变串低变流程一般采用两种方法，一是中变炉外加低变炉, 另一种为变换炉中一二层用中变触媒, 三层使用低温触媒。两种方法都使系统出口一氧化碳含量降至1%左右, 起到稳定生产、增产节能之效果。 1.中（高）变-底变串联流程 采用此流程一般与甲烷化脱除少量碳氧化物相配合。这类流程先通过中（高）温变换将大量CO变换达到3%左右后，再用低温变换使一氧化碳含量降低到0.3%-0.5%，。为了进一步降低出口气中CO含量，也有在低变后面串联一个低变的流程。当CO含量较高时，变换气一般选择在炉外串低变；而一氧化碳含量较低时，可选择在炉内串低变。 中串低流程中要主要两个问题，一是要提高低变催化剂的抗毒性，防止低变催化剂过早失活；二是要注意中变催化剂的过度还原，因为与单一的中变流程相比，中串低特别是中低低流程的反应汽气比下降，中变催化剂容易过度还原，引起催化剂失活、阻力增大及使用寿命缩短。 2.全低变流程 中（高）变-低变串联流程操作繁琐，设备增加，特别是特殊材料阀门的选用给管理带来了许多不便。使用全低变变换催化剂代替原Fe-Cr系中变催化剂，在低温下完成变换即可克服以上两种工艺的缺点，又能达到理想的目的。 全低变工艺采用宽温区的钴钼系耐硫变换催化剂，主要有下列优点。 （1）催化剂的起始活性温度低，变换炉入口温度及床层热点温度低于中变炉入口及热点温度100-200℃。这样，就降低了床层阻力，缩小了气体体积约20%，从而提高了变换炉的生产能力。 （2）变换系统处于较低的温度范围内操作，在满足出口变换气中CO含量的前提下，可以降低入炉蒸汽量，使全低变流程的蒸汽消耗降低。 。使用全低变变换催化剂代替原。一系中变催化剂, 在低温下完成变换即可克服以上两种工艺的缺点, 又能达到理想的目的。 近年来推广使用钻一铂系列低温变换催化剂, 低温活性好, 耐高硫, 一般活性温度 左右, 这样就可节约大量的热能。钻一钥系列催化剂投产前将催化剂中的铂的氢化物转化为硫化物, 催化剂才有高活性。氢化钻在硫化过程中转化成硫化钻可以显著提高催化剂活性。由于使用钻一钥系催化剂, 使用过程中煤气含硫化氢皿, 不影响低变催化剂正常使用, 现在国内合成氨流程中, 先脱硫后变换再碳化的流程不能满足上述硫含量要求, 如不经脱硫会产生碳化过程中硫含量过高, 而导致碳钱结晶细小, 且一旦碳化原料气中硫含量跑高, 就会引起铜洗硫化铜的大量沉淀。

变换工艺总结

变换工艺总结 一、变换工艺生产原理 （一）一氧化碳变换反应的特点 1．一氧化碳变换反应的化学方程式为 CO+H 2O （g ） CO 2+H 2ol -41.19kJ/m 0R =H ? （1-1） 可能发生的副反应： CO+H 2 C+ H 2O （1-2） CO+3H 2 CH 4+ H 2O （1-3） 2．一氧化碳变换反应具有如下特点 1）是可逆反应，即在一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的同时，二氧化碳和氢气也会生成一氧化碳和水。 2）是放热反应，在生成二氧化碳和氢气的同时放出热量，反应热的大小与反应温度有关。 kJ/kmol T 104.0625-101.19111.2184T --418682-6-3R ??+=H ? T-温度，K 3）该反应是湿基气体体积不变、干基气体体积增加的反应。 4）反应需要在有催化剂存在的条件下进行，对反应1-1要有良好的选择性。同时，在催化剂的作用下，一氧化碳变换反应进行所需要的能量大大降低，反应速度因此而加快。 （二）一氧化碳变换反应的化学平衡 1．平衡常数：平衡常数用以衡量一定条件下可逆反应进行的限度。一氧化碳变换反应的平衡常数与反应体系中各组分的分压有

关，具体计算方法如下： *O H *CO *H *CO *O H * CO *H *CO 22222 2y y y y ==p p p p K p （1-4） 由于一氧化碳变换反应是放热，故平衡常数随温度的降低而增大。因而降低温度有利于变换反应的进行，变换气中残余的一氧化碳含量降低。一氧化碳变换反应是等体积的反应，故压力低于5MPa 时，可不考虑压力对平衡常数的影响。 在变换温度范围内，平衡常数用下面简化式计算： 4.33-4757 ln T K p = （1-5） 2．变换率与平衡变换率：变换率定义为已变换的一氧化碳的量与变换前一氧化碳的量之百分比。而反应达平衡时的变换率为平衡变换率，其值为一定操作条件下一氧化碳变换反应可能达到的最大的极限。 在工业生产中由于受到各种条件的制约，反应不可能达到平衡，故实际变换率不等于平衡变换率，通过测量反应前后气体中一氧化碳的体积百分数(干基)来计算变换率，具体表达式如下： )(1-'' a a a a x += （1-6） a —变换前气体中一氧化碳体积百分数(干基)； a ’—变换后气体中一氧化碳体积百分数(干基)。 由（1-5）和（1-4）式可以看出平衡变换率的影响因素： 变换温度：降低变换体系温度，平衡常数增大，故平衡一氧化碳含量降低，平衡变换率增加。

一氧化碳变换反应工艺流程

一氧化碳变换反应工艺流程 一氧化碳变换流程有许多种，包括常压、加压变换工艺，两段中温变换（亦称高变）、三段中温变换（高变）、高-低变串联变换工艺等等。一氧化碳变换工艺流程的设计和选择，首先应依据原料气中的一氧化碳含量高低来加以确定。一氧化碳含量很高，宜采用中温变换工艺，这是由于中变催化剂操作温度范围较宽，使用寿命长而且价廉易得。当一氧化碳含量大于15%时，应考虑将变换炉分为二段或多段，以使操作温度接近最佳温度。其次是依据进入变换系统的原料气温度和湿度，考虑气体的预热和增湿，合理利用余热。最后还要将一氧化碳变换和残余一氧化碳的脱除方法结合考虑，若后工序要求残余一氧化碳含量低，则需采用中变串低变的工艺。 一、高变串低变工艺 当以天然气或石脑油为原料制造合成气时，水煤气中CO含量仅为10%～13%（体积分数），只需采用一段高变和一段低变的串联流程，就能将CO含量降低至0.3%，图2-1是该流程示意图。 图2-1一氧化碳高变-低变工艺流程图 1-废热锅炉2-高变炉3-高变废热锅炉4-预热器5-低变炉6-饱和器7-贫液再沸器来自天然气蒸气转化工序含有一氧化碳约为13%~15%的原料气经废热锅炉1降温至370℃左右进入高变炉2，经高变炉变换后的气体中一氧化碳含量可降至3%左右，温度为420~440℃，高变气进入高变废热锅炉3及甲烷化进气预热器4回收热量后进入低变炉5。低变炉绝热温升为15~20℃，此时出低变炉的低变气

中一氧化碳含量在0.3%~0.5%。为了提高传热效果，在饱和器6中喷入少量软水，使低变气达到饱和状态，提高在贫液再沸器7中的传热系数。 二、多段中变工艺 以煤为原料的中小型合成氨厂制得的半水煤气中含有较多的一氧化碳气体，需采用多段中变流程。而且由于来自脱硫系统的半水煤气温度较低，水蒸气含量较少。气体在进入中变炉之前设有原料气预热及增湿装置。另外，由于中温变换的反应放热多，应充分考虑反应热的转移和余热回收利用等问题。图2-2为目前中小型合成氨厂应用较多的多段中温变换工艺。 半水煤气首先进入饱和热水塔1，在饱和塔内气体与塔顶喷淋下来的 130~140℃的热水逆流接触，使半水煤气提温增湿。出饱和塔的气体进入气水分离器2分离夹带的液滴，并与电炉5来的300~350℃的过热蒸汽混合，使半水煤气中的汽气比达到工艺条件的要求，然后进入主热交换器3和中间换热器4，使气体温度升至380℃进入变换炉，经第一段催化床层反应后气体温度升至 480~500℃，经蒸汽过热器、中间换热器与蒸汽和半水煤气换热降温后进入第二段催化床层反应。反应后的高温气体用冷凝水冷激降温后，进入第三段催化剂床层反应。气体离开变换炉的温度为400℃左右，变换气依次经过主热交换器、第一水加热器、热水塔、第二热水塔、第二水加热器回收热量，再经变换气冷却器9降至常温后 图2-2 一氧化碳多段中温变换工艺流程 1-饱和热水塔2-气水分离器3-主热交换器4-中间换热器5-电炉6-中变炉7-水加热器

一氧化碳变换

内蒙古伊泽矿业投资有限公司培训教材 一氧化碳变换 郭建礼 生产准备组 2006.7.15

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+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。 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 压力对变换反应的反应热影响较小，一般不做考虑。 二、变换反应的化学平衡 1、变换反应的平衡常数

一氧化碳的变换技术6.2

一氧化碳的变换技术 一、一氧化碳的变换的意义 无论以固体、液体或气体原燃料所制取的煤气中均含有CO 。CO 不是合成氨所需要的直接原料，而且对氨合成催化剂有毒害，因此必须清除。生产中通常分两步法除去。首先，利用CO 和水蒸气，在催化剂的作用下，发生化学反应，产生氢气和后工序易于脱除的CO 2，这一过程称为一氧化碳的变换，变换后的气体称为变换气。因此，一氧化碳的变换，既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续（产生氢气）。第二步，在后工序中采用铜氨液洗涤法、甲烷化或液氮洗涤法脱除变换气残余的微量CO 。 二、CO 变换基本原理和变换工艺条件的选择： 1 CO 变换基本原理 1）、变换反应可以用下式表示： 催化剂 CO ＋H 2O(汽2＋H 2＋Q 该反应是可逆、放热、等体积反应，降低反应温度，增加水蒸汽的添加量或者移走生成物中的CO 2，都会使反应向正方向移动。只有在催化剂的作 用下才有较快的反应速度。 2）变换反应是放热反应，反应热随温度的升高而有所减少，在227℃时反应热为：9522cal/mol ，在423℃时反应热为：9054cal/mol 。 3）变换反应的化学平衡 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：Kp=(P CO2*P H2)/(P CO *P H2O ) 注： P CO2、P H2、P CO 、P H2O 各组分的平衡分压（或平衡组成）。 Kp 值越大，说明原料气中CO 转化越完全，达到平衡时变换气中残余的

CO含量越少。 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。250℃时为86.51,450℃时为：7.311。 在工业生产中，受催化剂装填量、设备投资的经济效益等因素影响，反应不可能也没必要达到平衡，只能尽可能接近平衡。 实际的流程组合中，一般利用高温段之后再进行低温变换，就是为了提高反应平衡常数，从而提高变换率，降低变换气CO含量。 2、变换工艺条件的选择： 变换率定义：反映变换程度，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。 最适宜温度Tm的概念：在气体组成和催化剂一定的情况下，对应最大反应速度时的温度称为在该条件下的最适宜温度。 反应开始时，变换率低，最适宜温度高，随着过程的进行，变换率逐渐上升，最适宜温度逐渐下降。最适宜温度一般比平衡温度低几十度。 变换过程如果始终能按最适宜温度曲线进行，则反应速度最大，催化剂的生产强度最高，在相同的生产能力下所需催化剂用量最少。 但实际上完全按最适宜温度曲线操作是不可能的，因为在反应开始时，最适宜温度最高（以中温变换催化剂为例，要达到620℃），大大超过催化剂的耐热温度，而且热量的来源是个问题。随着反应的进行，要不断地、准确地按照最适宜温度的需要移出反应热是极为困难的。变换过程的温度应综合各个方面因素来确定，主要原则是： 1）、反应开始温度应高于催化剂活性温度10~20℃左右。另外必须要高

一氧化碳变换的主要设备及操作控制

一氧化碳变换的主要设备及操作控制 摘要：本文根据作者自己的工作经验，结合实际，对一氧化碳变换的知识进行阐述，并探讨了一氧化碳变换的主要设备和变换过程中的操作要点。 关键词：化工；一氧化碳变换；设备；操作要点 1.一氧化碳变换的主要设备 1.1变换炉 变换炉随工艺流程不同而异，但都应满足以下要求：变换炉的处理气量尽可能大；气流阻力小；气流在炉内分布均匀；热损失小，温度易控制；结构简单，便于制造和维修，并能实现最适宜温度的分布。变换炉主要有绝热型和冷管型，最广泛的是绝热型。现介绍生产中常用的两种不同结构的绝热型变换炉。 （1）中间间接冷却式变换炉 中间间接冷却式变换炉结构的外壳是由钢板制成的圆筒体，内壁砌有耐混凝土衬里，再砌一层硅薄土砖和一层轻质黏土砖，以降低炉壁温度和防止热损失。内用钢板隔成上、下两段，每层催化剂靠支架支撑，支架上铺篦子板，钢丝网及耐火球，上部再装一层耐火球。为了测量炉内各处温度，炉壁多处装有热电偶，炉体上还配置了入孔与装卸催化剂口。 （2）轴径向变换炉 半水煤气和蒸汽由进气口进入，经过分布器后，70%的气体从壳体外集气器进入，径向通过催化剂，30%气体从底部轴向进入催化剂层，两股气体反应后一起进入中心内集气器而出反应器，底部用Al2 O3球并用钢丝网固定。外集气器上开孔面积为0.5%，气流速率为6. 7m/s，中心内集气器开孔面积为1.5%，气流速率为22m/ s，大大高于传统轴向线速0. 5m/s。因此，要求使用强度较高的小颗粒催化剂。轴径向变换炉的优点是催化剂床层阻力小，催化剂不易烧结失活，是目前广泛推广的一项新技术。 1.2饱和热水塔 饱和塔的作用是提高原料气的温度，增加其水蒸气含量，以节省补充蒸汽量。热水塔的作用主要是回收变换气中的蒸汽和湿热，提高热水温度，以供饱和塔使用。工业上将饱和塔和热水塔组成一套装置的目的是使上塔底部的热水可自动流入下塔，省去一台热水泵。 目前饱和塔用新型垂直筛板塔，可提高传质效率20%左右，气体处理量可提高50%以上，具有低压降，抗结垢抗堵塞能力强的特点。

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+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。 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

典型一氧化碳变换工艺流程综述

第6期2017年11月 中氮肥 M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress No. 6 Nov. 2017 !合成氨及下游产品！ 典型一氧化碳变换工艺流程综述 向国军 (武汉金中石化工程有限公司，湖北武汉430223) [摘要]结合合成氨工业变换工艺的发展历史，对目前3种主流变换工艺— —常压富氧气化配套变换工艺、S h e ll粉煤气化配套耐硫变换工艺、水煤浆气化配套耐硫变换工艺的典型工艺流程、原料气特点、工艺流程特点、工艺设计条件进行分析和阐述，以便大家对这3种气化工艺配套变换工艺有一个比较完整的了解和认识。 [关键词]变换工艺；典型工艺流程；原料气特点；工艺流程特点；工艺设计条件 [中图分类号]T Q 113.26+4.2 [文献标志码]B[文章编号]1004 -9932(2017)06 -0004 -03 〇引言 一氧化碳与水蒸气在催化剂的作用下发生变 换反应生成H2和C〇2，这个工艺过程在1913年 就已用于合成氨工业[1]。变换系统是合成氨生 产中的重要净化工序，一方面变换系统提供氨合 成反应所需的重要原料— —H，另一方面变换 系统将合成系统氨合成催化剂的毒物— —C0转 化为易于脱除的C〇2。近百年来，变换工艺伴随 着合成氨工业及变换催化剂技术的发展，其工艺 流程发生了巨变。从我国上世纪50、60年代研 制成功的抗硫性能较差的FeCr系催化剂、Cu-Zn系催化剂发展到目前广泛应用的Co-Mo系宽 温耐硫变换催化剂，变换工艺流程也由传统的中 串低、中低低发展到全低变，流程配置得到不断 优化，公用工程消耗得以持续降低。以下就目前 主流的变换工艺进行阐述，并对其主要特性进行 分析。 1常压富氧气化配套变换工艺 1.1 典型工艺流程 常压富氧连续气化工艺作为中小型氮肥厂原 有固定床间歇气化工艺的升级替代工艺，由于其 [收稿日期]2017-05-08 [作者简介]向国军（1983—）男，湖北宜昌人，注册化工工程师，主要从事化工项目工艺和管道设计工作。气化强度及气化效率较高，无废气排放，安全性 得到提高，因此目前应用较为广泛。如黑龙江某 焦化企业升级改造其化工产品项目气化单元时即 采用了常压富氧连续气化，其配套变换工艺流程 见图1。 图1常压富氧气化配套变换工艺流程框图 12工艺流程特点 1.2.1原料气特点 来自气化单元的粗煤气经电捕焦油、粗脱 硫、增压后送变换界区，界区压力2.2 M P a、温 度40 〇C，气量65 000 m3/h，变换原料气组成 (摩尔分数，下同）见表1。 表1常压富氧气化配套变换工艺原料气组成 ％组分C0C〇2 H2c h4H2S + C0S H20Ar02 含量39. 998 14. 282 43. 2550. 8870.9650.0080.3460.0810. 178由表1可知：常压富氧气化系统所产粗煤气 C0含量约4%(干基），含少量〇2 ；由于煤气

一氧化碳变换压力

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

一氧化碳变换

中温变换工艺设计方案 目录 前言 (2) 1、背景 (2) 2、分类 (2) 3、工艺方法的选择 (2) 反应原理 (3) 中温变换催化剂 (4) 工艺流程 (6) 工艺条件 (7) 设计体会与收获 (8) 参考文献 (9)

前言 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。 1、背景 变换是合成氨生产中的重要工序，同时也是一个耗能重点工序，而外加蒸汽量的大小，是衡量变换工段能耗的主要标志。因此，尽量减少其用量对其过程的节能降耗具有重要意义。从70年代以来，我国在变换工艺的节能降耗方面，进行了大量的科研开发和技改工作，先后开发了中变、中变串低变、全低变等变换工艺，使蒸汽消耗量从传统的中变消耗1 t／tNH 以上，降低到200 kg／tNH，从而形成一种能耗低、稳定可靠、周期长的变换工艺。 2、分类 一氧化碳变换的工艺流程包括中变-低变串联流程、多段中变流程、全低变流程、中低低流程等。 3、工艺方法的选择 变换工艺流程的设计，首先应依据原料气中的一氧化碳含量高低来加以确定。以煤为原料气的中小型氨厂制得的半水煤气中含有较高的一氧化碳，所以需采用多段中变流程。中变催化剂操作温度范围较宽，而且价廉易得，使用寿命长。因此，在一氧化碳转换工艺设计中，我组选用中温变换工艺。

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

一氧化碳中低温变换

一氧化碳中温-低温串联变换反应 目录: 一．实验装置图 二．设备及操作要点 三．教学实验要求 1．实验目的 2．实验原理 3．实验步骤及方法 4．数据处理 四．附件 1．现场调试记录 2．学生实验报告 华东理工大学化学工程与工艺实验中心 2005年12月

一、实验装置图

二、设备及操作要点 1. 药品： 氢氧化钾、碳酸钠、30%稀硫酸、硫酸钠、甲基橙指示剂 2. 实验器具： 奥氏仪 3.操作要点 实验用原料气N 2、H 2、CO 2 、CO 取自钢瓶，四种气体分别经过净化后，由稳压器稳定压力，经过各自的流量计计量后，汇成一股，放空部分多余气体。所需流量的气体进脱氧槽脱除微量氧，经总流量计计量，进入水饱和器，定量加入水汽，再由保温管进入中变反应器。反应后的少量气体引出冷却、分离水分后进行计量、分析，大量气体再送入低变反应器，反应后的气体冷却分离水分，经分析后排放。 1.升温速度要平稳，不要太快。 2.实验过程有水蒸汽加入，为避免水汽在反应器内冷凝使催化剂结块，必须在反应床温升至150℃以后才能启用水饱和器，而停车时，在床温降到150℃以前关闭饱和器。 3.由于催化剂在无水条件下，原料气会将它过度还原而失活，故在原料气通入系统前要先加入水蒸汽，相反停车时，必须先切断原料气，后切断水蒸汽。 1 1 1 1 22223 3 3 3 4 4 44 5 6 7 8 8 9 9 10 1011 4 4 CO 中-低变串联实验系统流程 1–钢瓶；2–净化器；3–稳压器；4–流量计；5–混合器； 6–脱氧槽；7–饱和器；8–反应器；9–热电偶；10–分离器；11–气相色谱仪