一氧化碳变换

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％）。

影响一氧化碳变换反应的主要因素1．温度对一氧化碳变换反应的影响一氧化碳变换反应是一个可逆放热反应，因此温度升高对反应平衡不利，也就是说一氧化碳的平衡变换率随温度的升高而降低，但在催化剂的活性范围内，提高温度可以加快反应速度，在同一气体组成和汽气比条件下，选择适宜的温度，使它既有利于CO平衡变换率的提高，又能使反应速度加快，以达到最佳的反应效果及最合理的催化剂用量。

催化剂的活性温度越低，在相同条件下，CO的平衡变换率越高，即变换气中CO含量越低。

或者说，在达到相同的CO变换率时，活性越低的催化剂可以控制较低的汽气比，从而节省蒸汽用量。

2．汽气比对CO变换反应的影响汽气比是指入变换炉水蒸汽与煤气中CO的体积比。

（也可用水蒸汽与干半水煤气的体积比表示）汽气比对CO变换率有很大的影响。

CO平衡变换率是随汽气比提高而增加的，但其趋势是先快后慢，即当汽气比较低时CO变换率曲线的斜率很大，随着汽气比的提高，CO变换率曲线斜率逐渐减小，当汽气比提高到某一值时，CO平衡变换率曲线逐渐趋于平坦。

汽气比对反应速度的影响。

一般在汽气比较低时反应速度随汽气比的提高而上升较快，而后随着汽气比的不断上升而逐渐缓慢下，其情况类似于汽气比对CO平衡变换率的影响。

因此在汽气较低的情况下，适当提高汽气比对提高CO变换率及反应速度均有利，但过高的汽气比在经济上是不合算的。

3．压力对CO变换反应的影响CO变换反应是等分子反应，反应前后气体的总体积不变，故压力对反应平衡没有影响。

在变换过程采用加压操作，其目的在于；增加CO的反应速度，提高系统的热利用率减少动力消耗，同时压力提高设备的占地面积更少，流程更紧凑。

研究表明，压力提高催化剂的活性显著提高，反应速度加快。

换句话说，由于加压下反应速度加快，所以催化剂的用量少于同规模下常压变换。

4．空间速度对CO变换反应的影响空间速度简称“空速”。

是指单位时间内通过单位体积的催化剂的气体标准体积数，单位为m3(标)/[m3(催化剂)•h]或简写成h-1。

一氧化碳变换反响工艺流程一氧化碳变换流程有很多种，包含常压、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 -低变串连变换工艺等等。

一氧化碳变换工艺流程的设计和选择，第一应依照原料气中的一氧化碳含量高低来加以确立。

一氧化碳含量很高，宜采纳中温变换工艺，这是因为中变催化剂操作温度范围较宽，使用寿命长并且价廉易得。

当一氧化碳含量大于 15%时，应试虑将变换炉分为二段或多段，以使操作温度靠近最正确温度。

其次是依照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剩余一氧化碳的脱除方法联合考虑，若后工序要求剩余一氧化碳含量低，则需采纳中变串低变的工艺。

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），只要采纳一段高变和一段低变的串连流程，就能将 CO含量降低至0.3%，图 2-1是该流程表示图。

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变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%。

为了提升传热成效，在饱和器6中喷入少许软水，使低变气达到饱和状态，提升在贫液再沸器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许多的一氧化碳气体，需采纳多段中变流程。

并且因为来自脱硫系统的半水煤气温度较低，水蒸气含量较少。

气体在进入中变炉以前设有原料气预热及增湿装置。

此外，因为中温变换的反响放热多，应充足考虑反响热的转移和余热回收利用等问题。

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+CO22CO+2H2＝CH4+CO2CO+3H2＝CH4+H2OCO2+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压力对变换反应的反应热影响较小，一般不做考虑。

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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。

反应原理变换反应可用下式表示：此外，一氧化碳与氢之间还可发生下列反应（1-2） O H C H CO 22+⇔+（1-3）但是，由于变换所用催化剂对反应式（1-1）具有良好的选择性，从而抑制了其他副反应的发生。

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。

煤化学产品——一氧化碳变换学院：化学与化工专业：应用化学班级：xxxx姓名：x x x学号：xxxxxxxxxx一氧化碳变换1一氧化碳简介1.1一氧化碳carbon monoxide, CO纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。

分子量28.01，密度1.250g/l，冰点为-207℃，沸点-190℃。

在水中的溶解度甚低。

空气混合爆炸极限为12.5%～74%。

一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。

因此一氧化碳具有毒性。

一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。

常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。

1.2电子式及结构碳的最外层有四个电子氧的最外层有6个电子，这样碳的两个单电子进入到氧的p轨道和氧的两个单电子配对成键，这样就形成两个键，然后氧的孤电子对进入到碳的空的P轨道中形成一个配键，这样氧和碳之间就形成了三个键。

其电子式为:C:::O :二、一氧化碳变换作为城市生活用煤气，为了减小毒性，一般认为CO的体积分数宜控制在10%以下；作为合成气，要求CO/H2有适当的比例，较高的CO分压会增加催化剂表面的生碳，导致催化剂过早失活；当生产氢气时，则要求进行CO变换反应。

因此，对CO含量过高的煤气化气，应设置CO变换工序。

2.1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+CO22CO+2H2＝CH4+CO2CO+3H2＝CH4+H2OCO2+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。

2.2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。

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。

一氧化碳变换反应方程式
一氧化碳变换反应方程式 1
（1）当氧气不足时,碳在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳C + O2 =点燃= CO
（2）当氧气足量时,碳在氧气中完全燃烧生成二氧化碳C +
O2 =点燃= CO2（3）一氧化碳气体在氧气中燃烧生成二氧化碳CO + O2 =点燃= CO2
（4）二氧化碳和碳高温生成一氧化碳（这也就是为什么碳在氧气不足量时燃烧生成一氧化碳,其实质就是碳对氧气来说是过量的,未反应完的碳会与燃烧产生的二氧化碳反应生成一氧化碳）CO2 + C =高温= 2CO。

（5）2NO+2CO==N2+2CO2(常温即可反应,速率很
慢)，（6）CO还原金属氧化物：
CO+CuO==Cu+CO2，物质间的转化途径是多样的,只是转化效率和反应速率不同了。