内容发布更新时间 : 2024/5/5 15:26:06星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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CO2，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) CO2＋H2＋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CO2，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=(PCO2*PH2)/(PCO*PH2O)

注： PCO2、PH2、PCO、PH2O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

于气体露点温度20℃以上（防止原料气析水，一是使催化剂粉碎结块，二是腐蚀设备）。

2）、使整个变换过程都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的升高而下降，因此随着反应的进行，需要移出反应热，降低反应温度。工业上通常采用两种办法达到上述目的:一种是多段中间间接冷却式，用原料气、热水或饱和蒸汽进行间接换热，移出反应热；另一种是直接冷激式，在段间直接加入原料气、水蒸气或冷凝水进行降温。 这样在第一段温度高，可以加快反应速度，使大量一氧化碳进行变换反应，最后一段温度低，可以提高一氧化碳变换率。

段数愈多，变换反应过程愈接近最适宜温度曲线，但流程也愈复杂。 2、压力 压力对变换反应的平衡无影响，但压力高有以下优点： 1）可以加快反应速度和提高催化剂的生产能力，从而可采用较大空间速度，提高生产强度。

2）设备体积小，布置紧凑，投资较少（催化剂装填量也少）。 3）湿变换气中水蒸汽的冷凝温度高，有利于热能的回收利于。 3、水蒸汽的比例（或用量）

增加蒸汽用量，可以提高一氧化碳平衡变换率，加快反应速度，冷弯可以使析碳及甲烷化反应不易发生。 三、变换催化剂

1）催化剂的定义：在化学反应里能改变反应物化学反应速率（能改变反应速率而不改变反应标准Gibbs自由焓变化，主要通过降低反应的活化能）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有