一氧化碳变换
1、一氧化碳转化金飞刘家明叶阳飞将原料气体中的一氧化碳转化为敏感物质。 无论以固体、液体或气体为原料，得到的合成氨原料气体都含有一氧化碳。 固体燃料气化得到的半水煤气中一氧化碳含量为28%~30%，烃类蒸汽转化率为12%，焦炉转化气为11%，重油部分氧化为44%~48 %。 一氧化碳的去除一般分为两步。 大多数一氧化碳首先经过变换反应，即在催化剂存在下，一氧化碳与水蒸气反应生成氢气和二氧化碳。 通过转化反应，可以将一氧化碳转变为易于除去的二氧化碳，同时可以产生与反应后的一氧化碳摩尔数相等的氢气，消耗的只是廉价的水蒸气。 因此，一氧化碳的转化既是原料气的净化过程，也是原料气生产的延续。最终，残留的一氧化碳为
2、通过铜氨液洗涤法、液氮洗涤法或甲烷化法除去。 一、基本原理 1、一氧化碳与水蒸气的转化反应是化学平衡的主要反应，是可逆反应。 222CO+H OCO + OCOH P 影响CO变换反应化学平衡的因素： 温度 温度对变换反应影响较大：随着温度升高，反应速度加快。 从化学平衡的角度来看，降低反应温度、增加蒸汽量，有利于反应向生成氢气和二氧化碳的方向进行，并能提高CO平衡转化率。在变换反应初期，反应物浓度高，提高反应温度可加快正向反应； 变换反应后期，二氧化碳和氢气浓度增加，逆反应速度加快。 因此，需要设法降低反应温度以提高逆反应的速度。 放慢速度，这样你就能得到
3.更高的转化率。 但降低温度也会减慢反应速度，降低催化剂的生产能力，应综合考虑。 对于一氧化碳含量较高的半水煤气，为了在反应初期加快反应速度，一般在较高的温度下进行。 在反应后期，为了使反应更加完全，必须降低温度。 工业上面采用的两级中温变换就是根据这个理念来设计和确定的。 对于一氧化碳含量为2%～4%的中温变换气，只需在230℃左右使用低温变换催化剂即可进行低温变换。 另外，反应温度与催化剂的活性也有很大关系。 一般来说，工业上使用的变换催化剂如果低于一定的温度，反应就不能正常进行，如果温度高于一定的温度，催化剂就会被损坏。 因此，一氧化碳变换反应必须在催化剂下进行。 在适用的温度范围内选择合理的工艺条件。 b. 加压一氧化碳变换反应
4、前后气体分子数相同。 如果是理想气体，压力对反应平衡没有影响。 目前工业操作条件下：压力为4.0 MPa，温度为 ，压力对转化反应无明显影响。 但在较高压力下，反应物浓度增加，分子间有效碰撞次数增多，可以加速转化反应，提高催化剂的产率。 而且各种气体与理想气体都有一定的偏差，KP必须根据每种气体成分的逸度来计算。 因此，压力对CO转化反应有一定的影响。 C。 添加的蒸汽量 一氧化碳变换反应是可逆反应。 增加蒸汽量可以使反应向前推进。 因此，工业上一般采用加入一定过量水蒸气的方法来提高一氧化碳的转化率。实际上，以半水煤气为原料，采用中温铁铬催化剂时在这个过程中，一般
5、使用H2O（蒸汽）/CO（气体）=（34）/1； 在使用铁镁催化剂的工艺中，一般采用H2O（蒸汽）/CO（气体）=（35）/1。 d. 二氧化碳浓度。 从一氧化碳变换反应方程式来看，如果除去产生的二氧化碳，将有利于反应向正方向进行，使变换反应接近完成。 去除二氧化碳可以采用改进的方法： (1)利用碱性氧化物与二氧化碳作用生成碳酸盐，例如： 或利用碱性氧化物作为催化剂的组分来吸收二氧化碳。 由于(1-15)是放热反应，因此必须采取一定措施来处理所产生的热量。 更重要的是反应达到一定程度后需要更换催化剂，增加了生产操作的复杂性，因此在实际中很少使用。 (2)两级转化催化剂之间或之中
6.至低变之间，气体被送至二氧化碳脱除装置，然后进行第二次变化。 该方法相互干扰较少，较易实施，但增加了换热和脱二氧化碳的设备，工艺过程较为复杂。 CO低温变换催化剂 低变换催化剂的发展 低变换催化剂的发展 随着脱硫技术的进步，镍催化剂在碳氢化合物蒸汽重整工业中的广泛应用，以及纯合成气的生产，特别是在20世纪60年代初，随着氨合成工业中压缩机的出现，大型化学氨合成工艺对于原来的铜碱洗工艺去除少量一氧化碳和二氧化碳来说变得非常复杂，气体净化程度无法满足现代化工厂的要求（CO+-3），因此自1963年以来，世界各国对低温变换催化剂进行了广泛的研究。 铜是一种合适的一氧化碳催化剂，可以在较低温度下运行（20025
7.0），一氧化碳平衡转化率可达99%左右。 然而，当纯铜金属催化剂被加热到具有足够反应速度的温度时，会因烧结而破坏表面结构，导致催化剂活性急剧下降。 因此，必须添加适当的结构助催化剂作为分散铜颗粒的间隔物。 。 工业上使用的结构助催化剂有高熔点、难还原的氧化铬、氧化铝、氧化锰、氧化钡等，它们的存在可以增加催化剂的防烧结作用，延长催化剂的使用寿命，提高催化剂的利用率。催化剂的成型。 性能和机械强度。 目前，Co-Mo催化剂作为低变化催化剂在中小型氮肥厂中使用。 Co-Mo系列变换催化剂以Co、Mo为有效组分，Al2O3为骨架，碱金属或稀土金属氧化物为辅助催化剂。 Co-Mo系列变换催化剂在使用前必须硫化形成
8. 只有CoS和MoS2才能达到高活性。 1.3.2 低变催化剂主要成分 低变催化剂主要成分 （1）钴钼系列宽温变换催化剂 Co-Mo系列宽温变换催化剂是国内近10年来开发的新型催化剂。年。 其特点是活性温度低、抗硫能力强、操作温度范围宽，因此可广泛应用于以煤、石油为原料的小型氮肥厂，可实现中低直接转化工艺。变化。 还可用于替代中程催化剂实现Co-Mo宽温转化过程。 也有望用于三催化剂工艺中，替代目前三催化剂工艺中的Cu-Zn低程催化剂。 Co-Mo宽温变换催化剂的化学物理性能包括堆积密度、抗压强度、形状和尺寸等。Co-Mo系列宽温变换催化剂的加工工艺包括混炼压延法和浸渍法。 大多数Co-Mo系列低温变换催化剂
9、催化剂采用浸渍工艺，如B302Q、B303Q、SB-3等。浸渍法以球体为载体，将催化剂浸渍到载体中。 由于载体本身强度高、相对密度低，因此该方法生产的催化剂具有密度低、抗压强度高、电阻低等优点。 Co-Mo宽温变换催化剂与Cu-Zn低变换催化剂的不同之处在于它具有特别强的抗硫性。 正常生产时，气体中的硫含量没有上限，无论多高都可以直接进入。 然而，对气体的最低硫含量有限制。 即在一定的反应温度和蒸汽含量下，要求气体中的硫含量不低于一定值，否则催化剂会释放硫而导致失活。 Co-Mo系列宽温变换催化剂的另一个特点是既可用于低温变换，又可用于中温变换。
10、使用范围广。 (2)铜锌低转变催化剂金属铜对于一氧化碳的低温转化具有较高的活性。 因此国内外均采用铜作为催化剂的主要活性相。 然而，众所周知，当纯金属铜被加热到足够的反应温度时，会因烧结而减少表面积，从而失去活性。 因此，必须添加单组分或多组分结构助催化剂。 铜基催化剂的助催化剂组分有ZnO、Cr2O3、Al2O3、MgO、CuO、TiO2、MnO2等，其中ZnO应用最广泛，第一低温变换催化剂由ZnO和CuO两种组分组成。 ZnO可以促进催化剂活性，并能提高铜晶体生长的稳定性和分散性。然而，铜锌双组分催化剂的热稳定性和寿命并不理想。 后来CuO-ZnO-Cr2O3和CuO-ZnO-Al2O3催化相继出现。
11. 代理。 结构助催化剂的添加不仅与组分有关，更与添加方法密切相关。 采用机械混合的方法在CuO-ZnO-Cr2O3催化剂中添加K2O、CaO、MgO、Al2O3、TiO2、MnO2不会影响催化剂的结构； 然而，采用共沉淀法添加铝和锰会影响催化剂的性能。 影响明显。 例如，添加锰的催化剂表现出高活性和良好的耐热性。 目前，常用生产和使用的低温变换催化剂有CuO-ZnO-Cr2O3和CuO-ZnO-Al2O3系列。 目前对于哪一种性能更优越尚未达成共识。 但就催化剂生产的劳动条件而言，CuO-ZnO-Al2O3体系优于CuO-ZnO-Cr2O3体系。 制造成本取决于铝添加的形式和来源。如果使用硝酸铝
12、如果以形式添加，成本不低于添加氧化铬。 全低转化工艺流程、变换气换热器、气体换热器、淬火过滤器、淬火过滤器、第一变换炉、变换气体冷却器、油分离器、活性炭滤油器、半水煤气变换气体段、第二变换炉、半水煤气首先进入油水分离器，除去一些固体和液体杂质，然后进入活性炭油过滤器，进一步除去杂质。 净化后的半水煤气进入变换气换热器，与第二变换炉出来的变换气进行反向换热，使温度升至180℃左右，变换气温度降至160℃左右C。 从变换气换热器出来的半水煤气然后进入气体换热器，与从第一变换炉出来的变换气进行反向换热。 变换气本身温度下降到300℃左右，半水煤气温度上升到200℃左右。从气体换热器出来的半水煤气与中压水混合来自管网的蒸汽。 一方面，半水煤气的温度升高。
13.升至转化反应温度。 另一方面，半水煤气被加湿，汽气比达到所需的设计要求。 进入第一转化炉进行转化反应。 第一转化炉CO转化率可达60%。 关于。 第一转化炉转化后出来的转化气进入气体换热器与半水煤气进行逆向换热，然后进入淬火过滤器I，与喷淋的冷却水进行逆向换热，将半水煤气汽化。冷却水。 此时，变换气温度降至230℃左右，冷却水与变换气热交换后汽化，使蒸汽含量达到设计要求。 湿变换气进入第二变换炉第一段催化剂床层进行变换反应。 经过第二转化炉第一段催化剂床层的转化反应后，CO的转化率可达85%左右。 温度升至280℃左右，进入淬火过滤器II。 它在喷淋下与冷却水进行反向热交换，使其温度降至190℃左右，同时加入水蒸气。 当达到设计的汽气比时，进入第二转化炉第二级催化剂床进行转化。 最终CO转化率可达99%。 来自第二转化炉第二工段的转化气经过转化气换热器后，经过转化气冷却器，冷却至40℃左右后进入后续工段。