【精品】煤气CO变换技术.doc

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1、一氧化碳变换一氧化碳与水蒸气在催化剂上进行变换反应，生产氢气和二氧化碳。这个过程在1913年就用于合成氨工业，以后并用于制氢工业。在合成甲醇和合成油生产屮。也用此反应来调整氧化碳与氢的比例，以满足工艺的要求。近年来为了降低城市煤气屮一氧化碳的含量，也采用变换装置。根据不同的催化剂和工艺条件，煤气屮的一氧化碳含量可以降低至2〜4%或0.2〜0.4%。一氧化碳的变换，视原料和其他工序所采用的生产方法的不同而有不同的流程。一氧化碳变换的流程，以焦炭或煤为原料时，所用设备较多；以低硫重油为原料吋，可以省去饱和塔、热水塔、

2、冷凝塔等；当采用坯类蒸气转化法生产吋，只需在其流程屮设置变换器和换热设备。BGL气化炉气体成分分析(T基)：(2.5)试验气体成份：(%)h2：30.8co：57.2ch46.2co2：4.9其•它碳氣化合物：0.4由于甲烷化要求H2/(CO+CO2)=3.1〜3.3,但粗煤气屮的氢/碳比达不到要求,所以需要进行变换来调节氢碳比。第一节一氧化碳变换的工艺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和水蒸汽发生反应，将co转化为氢气和二氧化碳。其化学反应式为：H2O+C

3、O=CO2+H2+4l」9kJ——（1）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汽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：（1）甲烷化反应但是，在一氧化碳与水蒸气共存的系统中，是含有C、H、O三个元素的系统。从热力学学角度，不但可能进行（1）式的变化反应，而且还可进行其他反应,如：CO+H2=C+H2OCO+3H2=CH4+H2OCO+2H2=CH44-CO2CO2+4H2=CH4+2H2O这一点与甲烷蒸气转

4、化、煤气化等系统屮所出现的反应式有相似之处。但是,由于所用催化剂对反应（1）具有良好的选择性，从而抑制了其他反应的发生。在计算反应系统平衡组成时，采用反应（1）式的平衡关系，其结果基本符合实际情况。从以上反应式看，降低温度和增加丿*力有利于生成甲烷的反应。但在实际生成屮采用的工艺条件下，这一副反应是不会发生的。降低床层的热点温度、增加水/汽、提高空速都可以抑制甲烷化副反应的影响。控制反应的深度有两种方法：（1）通过控制反应的水/汽比，可控制反应的平衡，从而控制反应的深度。但需要指岀的是，当水/气较小、床层的热点温

5、度较高时（一般大于400°C时），就可能引发甲烷化付反应，因此，水气比的选取要保证床层的热点温度不高于400°Co（水汽比在0.25,但要保证床层温度不超过400°C）（2）第二种方法：控制催化剂的装量也能达到控制反应深度的H的。（2）一氧化碳的分解：一氧化碳在某种条件下会发生分解反应而生成游离碳和二氧化碳。2CO=C+CO2生成的游离碳极易附着在催化剂表面上，使催化剂活性降低，严重吋将使催化剂不能使用，而且消耗了一部分一氧化碳，所以这一副反应非常有害。一氧化碳的分解是放热和体积缩小的反应，所以在降低温度和增加床

6、力的条件下，会使反应向生成碳的方向进行；金属铁和碳化铁的存在也会加速此反应的进行。另一方而，i氧化碳的分解与变换催化剂的组成和反应时气体屮的水蒸气含量有关。相关文献表明：在200〜500°C时，一氧化碳的分解反应速度很慢，在较高的蒸汽比下，实际上不产生析碳反应，但在低蒸汽比及高温下有利于析碳反应。但在蒸汽：CO=4:1,空间速度100及400小时t,200〜450°C下，在Fe系及ZnO系催化剂上变换吋，没有产生碳黑。一氧化碳变换率和平衡变换率:一氧化碳变换程度通常用变换率表示。一氧化碳变换反应是等体积反应，反应

7、前后体积相等。在工业生产屮，为了简便起见，采用分析蒸汽冷凝的干气组分来计算变换率。对于干气体积来说，反应后的气体体积有所增加，因为一•个CO分子反应后生成CO2和H2分子各一•个，都在干气小，其变化率X的计算为：其计算公式:X=(1-Y2/Y1)/(丫］+丫2)式中:Y1和丫2是变换前后气体中CO的干基浓度平衡变换率是变换反应达到化学平衡时，有多少CO(干)进行了变换反应。平衡只是一种理想状态，所以，平衡变换率可用来衡量co变换的最大程度。合成氨生产小，原料气有效成分为H2、N2,通常根据后系统净化工艺的不同，要

8、求最终CO的变换率不同。过高的变换率需要消耗大量的蒸汽，液氮洗净化工艺要求变换出口的CO含量1.5%以下时比较节能。一氧化碳变换反应的化学平衡一、变换反应的热效应变换反应的标准反应热AH298(101325Pa,25°C),可以用有关气体的标准生成热数据进行计算：△H298=(△H298、CO2+△H298、H2)(△H298'CO+△H298、H2O)=(—393.52