一氧化碳变换的主要设备及操作控制

小型氨厂一氧化碳多段变换流程叙述一氧化碳多段变换是小型氨厂中常用的一种氨合成工艺，通过多段催化反应，将一氧化碳和氢气转化为氨气。

本文将详细介绍小型氨厂一氧化碳多段变换的流程。

一氧化碳多段变换是氨合成工艺的核心环节之一，其目的是将一氧化碳和氢气转化为氨气。

一氧化碳主要来自煤气化或重油气化等工艺，而氢气主要通过气化或煤气化后的气体净化系统得到。

一氧化碳多段变换工艺可以利用一氧化碳和氢气的催化反应生成氨气，从而实现氨的生产。

一氧化碳多段变换通常由多个反应器组成，每个反应器内都装有催化剂。

反应器的数量可以根据生产需求进行调整，一般为3-5个。

每个反应器都是由多层催化剂填充而成，以增加反应的效率。

每个催化剂层之间都有冷却剂层，用以控制反应的温度。

一氧化碳多段变换的具体流程如下：1. 前处理：一氧化碳和氢气从气体净化系统中进入一氧化碳多段变换装置前，需要进行预处理。

这一步骤包括去除杂质、调整气体的比例和温度等。

2. 反应器1：一氧化碳和氢气进入第一个反应器。

在第一个反应器中，一氧化碳和氢气在催化剂的作用下发生反应，生成一部分氨气。

3. 中间处理：从第一个反应器出来的气体需要经过中间处理，主要是降低温度和去除反应产生的副产物。

4. 反应器2：经过中间处理的气体进入第二个反应器。

在第二个反应器中，剩余的一氧化碳和氢气继续反应，生成更多的氨气。

5. 中间处理：从第二个反应器出来的气体同样需要经过中间处理，以进一步降低温度和去除副产物。

6. 反应器3：经过中间处理的气体进入第三个反应器。

在第三个反应器中，剩余的一氧化碳和氢气再次反应，生成更多的氨气。

7. 末端处理：从第三个反应器出来的气体需要经过末端处理，主要是降低温度、去除副产物和分离氨气。

通过以上的多段反应和中间处理，一氧化碳和氢气可以充分反应，生成大量的氨气。

整个一氧化碳多段变换的流程需要严格控制反应温度、催化剂的选择和催化剂层之间的冷却剂流动，以确保反应的高效进行。

一氧化碳变换时半水煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，水蒸气反应，生成二氧化碳和氢的工艺过程。

通过变换即除去了一氧化碳，又得到了合成氨的原料气氢和氨加工的原料气二氧化碳。

近年来，变换工段由于采用了低温高活性的催化剂和高串低，高-低-低（俗称“中串低”、“中-低-低”），全低变等多种新工艺流程，加强了热量回收利用，工段面貌发生了很大变化。

1、一氧化碳变换反应的基本原理时什么？其反应的特点时怎么样的？一氧化碳变换反应是在一定条件下，半水煤气中的一氧化碳和水蒸气反应生成氢气和二氧化塔的工艺过程。

CO + H2O <==> CO2 +H2＋41kj/mol这是一个可逆放热反应，从化学平衡来看，降低反应温度，增加水蒸气用量，有利于上述可逆反应向二氧化碳和氢气的方向移动，提高平衡变换率。

但是水蒸气增加到一定值后，变换率增加幅度会变小。

温度对变化反应的速度影响较大，而且对正逆反应速度的影响不一样。

温度升高，放热反应即上述变换反应速度增加的慢，逆反应（吸热反应）速度增加得快。

因此，当变换反应开始时，反应物浓度大，提高温度，可加快变换反应，在反应的后一段，二氧化碳和氢的浓度增加，逆反应速度加快，因此，需降低反应温度，使逆反应速度减慢，这样可得到较高的变换率。

提高变化压力，分子间的有效碰撞次数，可以加快变换反应速度，提高催化剂的生产能力。

2“高串低”工艺与传统的高温变换工艺主要有什么不同？有何优点？传统的高温变换工艺，变换炉入口温度一般控制在320～340℃。

在流程设置上一般是一个变换炉，炉内装填铁-铬系催化剂，分两段或三段，半水煤气从上到下一次通过各段催化此后即完成变换过程。

“高串低”工艺与创痛的高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。

耐硫宽温变换催化剂在“高串低”工艺中被利用做低变催化剂。

低变炉入口气体温度一般可控制在210～230℃。

一氧化碳变换反应实验报告思考题目摘要：一、实验目的二、实验原理三、实验步骤四、实验结果与分析五、实验结论六、思考题目正文：一、实验目的本次实验的主要目的是通过一氧化碳变换反应实验，让学生了解和掌握化学反应的基本原理和方法，提高学生的实验操作技能和实验报告撰写能力。

二、实验原理一氧化碳变换反应是一种重要的化学反应，其实验原理是利用一氧化碳在特定条件下与其他物质发生反应，生成新的物质。

通过观察反应过程中的现象，可以了解反应的规律和特点。

三、实验步骤1.准备实验器材和试剂：包括试管、酒精灯、铁架台、导管、一氧化碳发生器等。

2.组装实验装置：将试管固定在铁架台上，连接导管，使一氧化碳顺利通过。

3.启动一氧化碳发生器：打开气阀，使一氧化碳流入试管中。

4.观察实验现象：在一氧化碳的作用下，试剂发生反应，观察反应过程中的现象。

5.记录实验数据：记录实验过程中各个阶段的现象和数据。

6.实验结束：关闭气阀，整理实验器材。

四、实验结果与分析实验结果显示，在特定条件下，一氧化碳与其他物质发生反应，生成了新的物质。

通过对实验数据的分析，可以得出反应的规律和特点。

五、实验结论通过本次实验，学生可以了解一氧化碳变换反应的原理和方法，掌握实验操作技能，提高实验报告撰写能力。

同时，本次实验也有助于培养学生的观察力、思维能力和实验能力。

六、思考题目在实验过程中，学生可以思考以下问题：1.一氧化碳变换反应的原理是什么？2.实验中观察到了哪些现象？这些现象说明了什么？3.如何根据实验数据分析反应的规律和特点？4.如何撰写一份完整的实验报告？。

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 ＋H2O(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。

一氧化碳变换操作规程第一节工艺原理一氧化碳是在催化剂的作用下，具有一定的温度（高于催化剂的起始活性温度）条件，CO和水蒸汽发生反应，将CO转化为氢气和二氧化碳气。

其化学反应式为：H2O+COCO2+H2+Q这是一个可逆放热反应。

从化学平衡上看降低CO2浓度，降低温度，增加水蒸汽量可以使平衡右移，提高CO转化率。

一氧化碳在某种条件下，能发生下列副反应：CO+H2C+H2O(1)CO+3H2CH4+H2O(2)CO2+4H2OCH4+2H2O(3)这几个副反应都是放热反应，甲烷化反应会使催化剂床层温度飞升，析碳反应造成催化剂失去活性，在正常操作中我们要尽量减少这些副反应的发生。

本工序针对SHELL粉煤气化生成的粗合成气的特性（CO含量高，且含硫量较高），一氧化碳变换采用耐硫宽温变换工艺，采用锅炉给水、脱盐水换热的方式回收反应热。

第二节流程叙述从SHELL来的煤气化装置的粗合成气（温度：168℃，压力：3.8MPa （g），湿基CO：55.6％，干基CO：69.07％）进入煤气原料气分离器04S001，分离出夹带的液相水后进入原料气过滤器04S002，其中装有吸附剂，可以将粗合成气中的粉尘等对催化剂有害的杂质除掉。

然后粗合成气分成三部分。

一部分占总气量28.5％的粗合成气进入煤气预热器04E001，与第三变换炉04R003出口变换气换热至210℃，后进入蒸汽混合器04S003，进入该混合器前,来自蒸汽管网的过热蒸汽（4.4MPa，282℃）与粗合成气混合。

进蒸汽混合器的蒸汽量由调节阀FV-04005调节，该蒸汽量与28.5％的粗合成气量是比例控制，保证进入一变、汽、气比不低于1.09，原料气管线设有TV-04003调节阀旁路（测温点TE-04003在一变的入口。

混合后的粗合成气进入煤气换热器04E002管侧与来自第一变换炉04R001出口的变换气换热。

合成气温度由TV-04003控制在约255℃左右，进入第一变换炉04R001进行变换反应（一变入口湿基CO：33.1％）。

变换工段操作规程一、工艺概述经过脱硫、除尘后的水煤气中，除含有双氧水生产时所需要的氢气外，还含有26~30%的一氧化碳及其它气体。

直接分离一氧化碳是比较困难的，但在一定的温度条件下，借助低变催化剂的催化作用，可使水煤气中一氧化碳与水蒸汽发生反应，生成二氧化碳和氢气。

二、化学反应原理变换的主要反应是在一定的温度条件下，气体中的一氧化碳与水蒸汽反应生成氢气和二氧化碳，反应方程式如下：CO+H 2O （g 2+H 2+41KJ/mol这个反应的特点是：（1）反应前后体积没有变化；（2）反应前后是放热的；（3）是完全可逆的反应，当正反两个方面进行的速度相等时，反应达到平衡。

1、影响化学平衡的因素（1）温度的影响，变换反应是放热反应，温度降低、平衡向生成氢气和二氧化碳的方面移动。

（2）反应物浓度的影响，增加反应物浓度或减少生成物浓度，反应向有利于生成二氧化碳和氢气的方向进行，可采用增加蒸汽量来实现。

2、影响反应速度的因素，变换反应在有催化剂存在时，才能大大加快反应 速度，另外提高温度和增加蒸汽用量对加快变换反应的速度也有很大作用。

三、工艺流程1、水煤气气体流程：压缩机 → 冷却器 → 除油器 → 热交换器 → 电加热器 → 变换炉一 、二段 → 变换炉三段 → 热交换器 →冷却器 →气水分离器 → 精脱硫塔（A ） →精脱硫塔（B ） → PSA 提氢装置。

2、软化水流程：由电厂送的软化水 →加压水泵 →变换炉二、三段。

3、蒸汽流程：由电厂送的蒸汽 →汽水分离器 → 电加热器 →变换炉一段。

4、循环水流程：凉水泵→冷却器→热水池→热水泵→冷却塔→凉水池→凉水泵。

四、主要设备及性能1、水煤气压缩机：L—40/0.2—8型往复式压缩机，Q：40m3/min，N：280KW,压缩机的任务是把水煤气输送到后工段，并提供过程进行所必要的压力条件。

2、变换炉φ1600×7000，变换一段上层装填抗氧剂和抗毒剂，变换二、三段上层均装填耐火球，下部装填低变催化剂，是完成一氧化碳和水蒸汽反应生成二氧化碳和氢气的主要设备。

实验十二 一氧化碳中温—低温串联变换反应实验一．实验目的一氧化碳变换反应是石油化工与合成氨生产中的重要过程，现代大型合成氨装置中一氧化碳的转化与净化采用中温—低温串联变换加甲烷化工艺。

本实验模拟中温—低温串联变换反应过程，不仅具有工艺类专业实验的典型特点，而且体现了本专业生产领域内的先进技术。

通过用直流流动法同时测定铜基与铁基催化剂的相对活性，并通过讨论与思考，要求达到：1．复习多相催化反应有关知识，初步接触工艺设计思想。

2．掌握气固相催化反应动力学实验研究方法及催化剂活性的评比方法。

3．获得两种催化剂上变换反应的速率常数k T 与活化能E 。

二．实验原理一氧化碳变换反应为CO+H 2O==CO 2+H 2反应必须在催化剂存在的条件下进行。

中温变换采用铁基催化剂，反应温度为350~500℃，低温变换采用铜基催化剂，反应温度为220~320℃。

设反应前气体混合物中各个组分干基摩尔分率为d CO y ,0、d CO y ,02、d H y ,02、d N y ,02；初始汽化比为R 0；反应后气体混合物中各组分干基摩尔分率为d CO y ,、d CO y ,2、d H y ,2、dN y ,2，一氧化碳的变换率为 )1()1(,0,0,,,0,,0,222d CO d CO d CO d CO d CO d CO d CO d CO y y y y y y y y --=+-=α （1）根据研究，铁基催化剂上一氧化碳中温变换反应本征动力学方程可表示为： )1(2222125.01OH CO P H CO CO CO T CO CO p p K p p p p k dW dN dW dN r -==-=-)(,)()1(15.0121h g mol p f k p p k i T CO CO T ∙=-=-β （2）铜基催化剂上一氧化碳低温变换反应本征动力学方程可表示为： )(,)()1(22.05.02.0222222hg mol p f k p p p p k r i T H CO O H CO T ∙=-=--β （3） 式中：r i ——反应速率，)(h g m ol ∙；i T k ——反应速率常数，)(hg m ol ∙； CO N 、2CO N ——一氧化碳、二氧化碳的摩尔流量，)(h g m ol ∙； W ——催化剂量（g ）;p i ——各组分的分压；K p ——以分压表示的平衡常数 )]218.2100604.1106218.0ln 3026.21102.02185(3026.2exp[273-⨯-⨯+-⨯=--T T T T K P （4） T ——反应温度，（K ）。

变换岗位操作规程1 范围本标准规定了变换岗位的工艺任务、工作原理、工艺流程、工艺操作指标、正常生产操作、系统正常开停车、不正常情况处理及主要设备。

本标准适用于合成氨生产变换岗位。

2 工艺任务半水煤气中含有大量的一氧化碳，它在氨合成反应中不仅无利，而且有害，所以变换岗位的任务就是将半水煤气中的一氧化碳在一定的温度和触煤的作用下，与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，从而提供合格的变换气，并做好能量的平衡和回收工作。

3 工作原理（化学反应方程式）变换的主要反应是在催化剂存在与一定温度条件下，气体中的一氧化碳与水蒸汽发生反应生成氢气和二氧化碳。

反应方程式如下：触媒CO+H2O（蒸汽）CO2+ H2+Q一定温度4 工艺流程（见图1）4.1 工艺流程简述4.1.1 气体流程经压缩二段来的半水煤气，通过焦碳过滤器，除去水分和焦油，进入饱和塔，与从调温塔来的热水逆流接触，增湿增温后由塔顶出来，加入蒸汽提温饱和进入汽水分离器分离水滴，以达到工艺指标规定的水气比，然后从底部进入热交换管内，出来进入中变炉一、二段，出来的变换气从热交顶部进入管间与半水煤气换热，加热至反应所需要的温度，从底部出来进入一调温与热水进行热交换，进入中变炉三段，从中变三段出来的气体进入二调温塔进行热交换，二调温塔出来的气体进入低变炉，进一步反应，低变炉出来的气体进入一水加，气体从一水加出来进入热水塔，再到二水加、二水加出来到冷凝塔（底部进入）与冷凝泵出来的二次水进一步冷却，从顶部出来进入气水分离器，出来的变换气去碳化工段或压缩机三段进口。

4.1.2 水流程合成或热电来的软水加入饱和热水塔，由热水泵出来经一水加到二调温塔，一调温塔直至加到饱和塔顶部，来进行循环热交换，热水塔，冷凝塔液位按工艺指标控制。

防止煤气倒入到变换气发生事故。

低变电炉是为变换炉升温还原加热气体而设置的，正常生产时则切断电源不用。

5 工艺操作指标5.1 压力（Mpa）压力（表压）中变炉二、三段压差< 0.01饱和塔进出口气体压力0.75系统压差≤0.05蒸汽压力≥ 0.85补气软水压力> 0.80热水泵出口压力> 饱和塔进口气体压力0.25.2 温度(℃)饱和塔出口气体温度> 125变换炉一段进口温度> 375冷凝塔出口气体温度< 35变换炉触煤层温度：一段480±10（视触媒活性情况而定）活性温度波动范围≤±10中变二段出口温度< 4505.3 成份半水煤气中O2含量≤ 0.5%合格> 0.8%减量> 1.2%切气变换气中CO含量：中变气：8%—13%一低变气：4%—6%二低变气：≤ 1.0%循环热水中总固体含量：≤ 500mg/l5.4 液位（液位计高度）热水塔液位1/2~2/3冷凝塔液位1/2~2/3水封液位> 2/35.5 电机：电流及温升按铭牌规定值6 正常生产操作6.1 触煤层温度的控制触煤层温度要控制在活性温度之内，温度波动范围为±10℃，触煤温度主要根据触煤层某一最灵敏的温度的变化情况进行调整，使其在活性温度范围内。