第3章_一氧化碳變換

1、第三章第三章 一氧化碳變換一氧化碳變換 p87變換工段裝置變換工段裝置脫硫后原料氣體成分脫硫后原料氣體成分方法方法氣體成分氣體成分COH2CO2N2CH4固體燃料氣化固體燃料氣化28-3035-397-8.217-180.8-1.3甲烷轉(zhuǎn)化工藝甲烷轉(zhuǎn)化工藝12-1353-586-821-240.2-0.4都含有都含有CO，但氨的合成和尿素，但氨的合成和尿素生產(chǎn)中都不需要生產(chǎn)中都不需要CO，應(yīng)將其除去。，應(yīng)將其除去。需要需要H2和和N2H2+N2 NH3CO2+2NH3 CO(NH2)2+H2O需要需要NH3和和CO2氨合成氨合成尿素合成尿素合成（1）氣體的凈化）氣體的凈化（脫除（脫除CO）。）

2、。（2）有效氣體氫氣和二氧化碳的制備。）有效氣體氫氣和二氧化碳的制備。（3）大部分有機(jī)硫轉(zhuǎn)換成無機(jī)硫（）大部分有機(jī)硫轉(zhuǎn)換成無機(jī)硫（H2S）。）。CO水蒸氣變換反應(yīng)，簡(jiǎn)稱水蒸氣變換反應(yīng)，簡(jiǎn)稱CO變換反應(yīng)變換反應(yīng):CO+H2O H2+CO2在工業(yè)上如何實(shí)現(xiàn)？工藝流程如何安排？在工業(yè)上如何實(shí)現(xiàn)？工藝流程如何安排？1、可逆：化學(xué)平衡的問題，、可逆：化學(xué)平衡的問題，轉(zhuǎn)化率問題？轉(zhuǎn)化率問題？2、放熱、放熱3、等體積、等體積4、催化劑參與、催化劑參與 反應(yīng)特點(diǎn)任務(wù)CO+H2O H2+CO2該反應(yīng)該反應(yīng)需要在催化劑存在下進(jìn)行，依據(jù)目前開發(fā)的催需要在催化劑存在下進(jìn)行，依據(jù)目前開發(fā)的催化劑活性溫度，其反應(yīng)溫度在化

3、劑活性溫度，其反應(yīng)溫度在200-400之間，中變催化之間，中變催化劑在劑在280-400 ，低變催化劑為，低變催化劑為200-320 變換變換反應(yīng)器反應(yīng)器200-400常溫常溫常溫常溫加加熱熱冷冷卻卻變換變換反應(yīng)器反應(yīng)器200-400換換熱熱器器常溫常溫常溫常溫達(dá)到反應(yīng)溫度的途徑達(dá)到反應(yīng)溫度的途徑水蒸氣的加入水蒸氣的加入-飽和器和熱水器飽和器和熱水器原料氣原料氣水蒸氣水蒸氣飽和器飽和器熱熱水水原料氣原料氣+水蒸氣水蒸氣低溫原低溫原料氣料氣直接加入蒸氣直接加入蒸氣飽和器的方法飽和器的方法高溫變高溫變換氣換氣熱水器熱水器變換氣的熱量傳給變換氣的熱量傳給水，使水升溫。水，使水升溫。低溫變換氣低溫變換

4、氣熱熱水水變換變換反應(yīng)器反應(yīng)器200-400換換熱熱器器原料氣原料氣變換氣變換氣熱熱水水器器飽飽和和器器反應(yīng)系統(tǒng)換熱系統(tǒng)加入水蒸氣和熱量回收系統(tǒng)變變換換工工段段原原則則流流程程構(gòu)構(gòu)成成本章基本要求：任務(wù)、原理變換反應(yīng)原理及其特點(diǎn)變換反應(yīng)原理及其特點(diǎn)1工藝條件對(duì)反應(yīng)的影響關(guān)系工藝條件對(duì)反應(yīng)的影響關(guān)系2中變催化劑、低變催化劑、耐硫變換催化劑中變催化劑、低變催化劑、耐硫變換催化劑組成、使用條件、還原（硫化）、鈍化原理組成、使用條件、還原（硫化）、鈍化原理3中變流程、中低低、中串低、全低變的流程組中變流程、中低低、中串低、全低變的流程組織原則、流程特點(diǎn)以及主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)和作用織原則、流程特點(diǎn)以及主要設(shè)

5、備的結(jié)構(gòu)和作用4難點(diǎn)：方案的確定和流程的布置重點(diǎn)重點(diǎn)一一、化學(xué)平衡和平衡轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡和平衡轉(zhuǎn)化率1、熱效應(yīng)、熱效應(yīng)反應(yīng)熱反應(yīng)熱：H298,R-4.868-1.2184T+1.191110-3T2-4.062510-6T3溫度溫度/25200250300350400450500H298,R-41.18-40.07-39.67-39.25-38.78-38.32-37.86-37.3kJ/mol結(jié)論：放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱隨溫度的升高而降低結(jié)論：放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱隨溫度的升高而降低第一節(jié)第一節(jié) 一氧化碳變換的基本原理及熱力學(xué)一氧化碳變換的基本原理及熱力學(xué)72508.3610*67814. 000446

6、2. 0log220227.12704.3994log46TTTTkp溫度溫度/200250300350400450500Kp227.986.5139.2220.3411.77.3114.878結(jié)論：隨著溫度的升高，平衡常數(shù)降低。即溫度對(duì)平結(jié)論：隨著溫度的升高，平衡常數(shù)降低。即溫度對(duì)平衡有影響，衡有影響，T Kp OHHOHHyycoyycoPPcoPPcopK222222 2、化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)平衡常數(shù)組分組分COH2OCO2H2初始組成初始組成yaybycyd平衡濃度平衡濃度ya-yaxpyb-yaxpycyaxpyd十十yaxp以以1mol濕原料氣為基準(zhǔn)，濕原料氣為基準(zhǔn)，xp為為CO 的平

7、衡轉(zhuǎn)化率的平衡轉(zhuǎn)化率，可計(jì)算平衡組成，可計(jì)算平衡組成3、變換率及平衡變換率、變換率及平衡變換率一氧化碳的反應(yīng)程度一氧化碳的反應(yīng)程度當(dāng)當(dāng)T和原料氣組成已知時(shí)，即可通過和原料氣組成已知時(shí)，即可通過T計(jì)算出計(jì)算出Kp，求出，求出xp平衡常數(shù)和平衡平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系轉(zhuǎn)化率的關(guān)系溫度溫度H2O/CO, 摩爾比摩爾比13571502002503003504004505005506000.0095380.0169990.0273130.0590300.0784950.0991260.1201840.1410590.1612860.1805470.0017570.0021370.0030170.008

8、3750.0152340.0247810.0368180.0508490.0662490.0824070.0000650.0002160.0005760.0043140.0080300.0134690.0207480.0297910.0403620.0521230.0000350.0001200.0003160.0029000.0054360.0092100.0143100.0209510.0288660.037937不同溫度及水蒸氣比例下，干變換氣中不同溫度及水蒸氣比例下，干變換氣中CO平衡含量，平衡含量， 摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)結(jié)論：在原料氣組成一定的條件下，隨著溫度的降低，變換結(jié)論：在原料氣組

9、成一定的條件下，隨著溫度的降低，變換氣中氣中CO的平衡含量降低，的平衡含量降低，CO 轉(zhuǎn)化率提高；水蒸氣的加入量轉(zhuǎn)化率提高；水蒸氣的加入量對(duì)轉(zhuǎn)化率有影響，水蒸氣的加入量對(duì)轉(zhuǎn)化率有影響，水蒸氣的加入量 ， CO轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 。備注 原料干基組成：CO:31.7% CO2:8% H2: 40% N2:20.3%注：實(shí)際生產(chǎn)中，可測(cè)定原料氣和變換氣中的注：實(shí)際生產(chǎn)中，可測(cè)定原料氣和變換氣中的CO,且視為干基，且視為干基，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率：一氧化碳的轉(zhuǎn)化率：%)(1001 aaaapyyyyx原料氣原料氣中中CO含含量量變換氣變換氣中中CO含含量量生產(chǎn)中用途：可測(cè)定原料氣和變換氣中的生產(chǎn)中用途：可測(cè)定

10、原料氣和變換氣中的CO,判斷問題；判斷問題； 確定催化劑用量確定催化劑用量 二、工藝條件對(duì)變換反應(yīng)的影響二、工藝條件對(duì)變換反應(yīng)的影響溫度溫度壓力壓力氣體組成氣體組成空速空速P100（1）熱力學(xué)角度考慮）熱力學(xué)角度考慮 變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，對(duì)一定的原料氣初始組成，溫度的變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，對(duì)一定的原料氣初始組成，溫度的降低，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，降低，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，Kp值增大，變換氣中值增大，變換氣中CO的平的平衡含量降低。衡含量降低。 所以，當(dāng)原料氣組成一定時(shí)，溫度越低，平衡變換率越高。所以，當(dāng)原料氣組成一定時(shí)，溫度越低，平衡變換率越高。低溫條件下變換后殘余低溫條件下變換后殘余CO含量

11、可以有較大的降低含量可以有較大的降低。1. 溫度溫度（2）動(dòng)力學(xué)角度）動(dòng)力學(xué)角度Tr （反應(yīng)速度）（反應(yīng)速度） 從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可知，溫度升高，反應(yīng)速度常數(shù)增大，對(duì)從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可知，溫度升高，反應(yīng)速度常數(shù)增大，對(duì)反應(yīng)速度有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即反應(yīng)速度有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即CO 平衡含量增大，反應(yīng)推動(dòng)力變小，對(duì)反應(yīng)速度不利平衡含量增大，反應(yīng)推動(dòng)力變小，對(duì)反應(yīng)速度不利。 OHcopHcococogcCOcoppKppppTREkdWdNr22221500.)exp(B系列中變催化劑本征動(dòng)力學(xué)方程系列中變催化劑本征動(dòng)力學(xué)方程Te 平衡溫度平衡溫度熱力學(xué)的影響熱力學(xué)的影響最

12、佳操作溫度最佳操作溫度P101Tm 最適宜操作溫度最適宜操作溫度E1正反應(yīng)活化能正反應(yīng)活化能E2逆反應(yīng)活化能逆反應(yīng)活化能平衡溫度和最適宜溫度的關(guān)系隨溫度的關(guān)系平衡溫度和最適宜溫度的關(guān)系隨溫度的關(guān)系使反應(yīng)沿最適宜溫度曲線進(jìn)行時(shí)反應(yīng)器利用率最大、使反應(yīng)沿最適宜溫度曲線進(jìn)行時(shí)反應(yīng)器利用率最大、催化劑用量最少催化劑用量最少高溫加快反應(yīng)速度高溫加快反應(yīng)速度低溫可降低平衡一氧化碳含量低溫可降低平衡一氧化碳含量動(dòng)力學(xué)的影響動(dòng)力學(xué)的影響a 單段絕熱式單段絕熱式平衡溫度線平衡溫度線最佳溫度線最佳溫度線 原料氣原料氣 產(chǎn)物產(chǎn)物催化劑催化劑 操作線操作線原料氣原料氣變換氣變換氣(b)多段原料氣多段原料氣間接換熱式間

13、接換熱式AB：一段操作曲線：一段操作曲線BC：一二段間等變換率降溫：一二段間等變換率降溫 CD：二段操作曲線：二段操作曲線DE: 二三段間等變換率降溫二三段間等變換率降溫EF：三段轉(zhuǎn)化率：三段轉(zhuǎn)化率 F點(diǎn)：出口點(diǎn)：出口CO含量含量(c)多段原料氣冷激式多段原料氣冷激式變換氣原料氣(e)多段水冷激式多段水冷激式平衡溫度線平衡溫度線最佳溫度線最佳溫度線平衡溫度線平衡溫度線 (1)常壓和加壓變換常壓和加壓變換 小型廠小型廠 P0.8-1.0MPa 中型廠中型廠 P1.2-1.8MPa 大型廠大型廠 P4.0MPa 、壓力、壓力反應(yīng)為等體積反應(yīng)，壓力較低時(shí)對(duì)變換反應(yīng)的化學(xué)平衡反應(yīng)為等體積反應(yīng)，壓力較低

14、時(shí)對(duì)變換反應(yīng)的化學(xué)平衡幾乎沒有影響。幾乎沒有影響。反應(yīng)速度隨壓力增大而增大反應(yīng)速度隨壓力增大而增大以煤以煤為原料為原料 以天然氣或以天然氣或渣油為原料渣油為原料采用轉(zhuǎn)化法時(shí)采用轉(zhuǎn)化法時(shí)變換壓力和轉(zhuǎn)化工序相同變換壓力和轉(zhuǎn)化工序相同 a 設(shè)備體積小設(shè)備體積小，節(jié)省投資。，節(jié)省投資。 b 增加空速，提高生產(chǎn)能力增加空速，提高生產(chǎn)能力優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)c 有利于熱能回收有利于熱能回收 熱能的品位得以提高，有利于熱量回收。熱能的品位得以提高，有利于熱量回收。d 費(fèi)托合成費(fèi)托合成 CO+H2 CnH2n+2nH2O 被抑制被抑制 在汽氣比非常小時(shí)有費(fèi)托合成在汽氣比非常小時(shí)有費(fèi)托合成, 冷激流程可抑制費(fèi)托合冷激流程可

15、抑制費(fèi)托合成反應(yīng)的發(fā)生成反應(yīng)的發(fā)生。e 電耗降低電耗降低a 腐蝕加劇腐蝕加?。c(diǎn)蝕（點(diǎn)蝕 ），設(shè)備使用壽命縮短。），設(shè)備使用壽命縮短。 （尤其是采用耐硫變換催化劑流程）（尤其是采用耐硫變換催化劑流程）b 有機(jī)硫轉(zhuǎn)化有機(jī)硫轉(zhuǎn)化缺點(diǎn)缺點(diǎn)（2）加壓變換的優(yōu)缺點(diǎn)）加壓變換的優(yōu)缺點(diǎn)3、汽氣比、汽氣比H H2 2O/COO/CO或水蒸氣半水煤氣或水蒸氣半水煤氣原料、原料、熱載體、熱載體、抑制副反應(yīng)抑制副反應(yīng)概念概念蒸汽作用蒸汽作用汽氣比與一氧化碳平衡變換率關(guān)系汽氣比與一氧化碳平衡變換率關(guān)系1、山東兗州魯南化肥廠原始開車的摸索過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過一次由、山東兗州魯南化肥廠原始開車的摸索過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過一次由

16、于將人變換爐于將人變換爐汽氣汽氣 比比控制太低控制太低 ，造成發(fā)生急劇的甲烷化反應(yīng)，造成發(fā)生急劇的甲烷化反應(yīng)，床層超溫至床層超溫至802。2、蒸汽用量大，導(dǎo)致爐溫垮溫事故。、蒸汽用量大，導(dǎo)致爐溫垮溫事故。 增加水蒸氣用量，既有利于提高一氧化碳的變換率，又增加水蒸氣用量，既有利于提高一氧化碳的變換率，又有利于提高變換反應(yīng)速度，同時(shí)抑制副反應(yīng)。但能耗增有利于提高變換反應(yīng)速度，同時(shí)抑制副反應(yīng)。但能耗增加。加。甲烷轉(zhuǎn)化工藝中變換過程不需另加蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化工藝中變換過程不需另加蒸汽 ？ COCO2 2為變換反應(yīng)的產(chǎn)物，除去為變換反應(yīng)的產(chǎn)物，除去COCO2 2有利于反應(yīng)平衡向生成有利于反應(yīng)平衡向生成H H2

17、 2的方向移動(dòng)，從而提高的方向移動(dòng)，從而提高COCO的變換率，降低變換氣中的變換率，降低變換氣中COCO含量。含量。4、二氧化碳、二氧化碳 生產(chǎn)中，若選用中變串低變工藝，可在兩個(gè)變換爐之間串生產(chǎn)中，若選用中變串低變工藝，可在兩個(gè)變換爐之間串入脫碳裝置，最終入脫碳裝置，最終COCO含量可降低到含量可降低到0.10.1。一、對(duì)催化劑的要求一、對(duì)催化劑的要求1、活性好、活性好2、活性溫度低、活性溫度低3、較好的選擇性、較好的選擇性4、催化劑對(duì)毒物靈敏性小、機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性好、使用壽、催化劑對(duì)毒物靈敏性小、機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性好、使用壽命長、價(jià)格低廉及原料易得等命長、價(jià)格低廉及原料易得等第二節(jié)第二節(jié)

18、變換催化劑變換催化劑變換催化劑分類變換催化劑分類按組成按組成分類分類中中溫溫變變換換低低溫溫變變換換耐耐硫硫低低變變“工程實(shí)踐教學(xué)觀摩中心工程實(shí)踐教學(xué)觀摩中心”匯集了匯集了100多種固體催化劑，包括多種固體催化劑，包括中低變催化劑，歡迎各位同學(xué)參觀，中低變催化劑，歡迎各位同學(xué)參觀，催化劑催化劑催化劑催化劑鐵鐵鉻鉻系系銅銅鋅鋅系系鈷鈷鉬鉬系系按反應(yīng)按反應(yīng)溫度分溫度分類類B116氧化鐵（氧化鐵（r-Fe2O3 載體）載體）70-75%氧化鉻（氧化鉻（Cr2O3）1.5-3.0%總鉬含量總鉬含量(MoO3)1-1.5%其它其它A助劑，助劑，B助劑助劑二、中變催化劑二、中變催化劑 B117：氧化鐵氧化

19、鐵r-Fe2O3載體載體70-75%氧化鉻氧化鉻Cr2O3 3.0-6.0%其它助劑其它助劑鐵的氧化物鐵的氧化物（80-90%）三氧化二鉻三氧化二鉻（7-11%）氧化鉀氧化鉀（0.2-0.4%）穩(wěn)定劑，分散在穩(wěn)定劑，分散在FeFe3 3O O4 4晶粒之間，提晶粒之間，提高催化劑的耐熱性高催化劑的耐熱性和活性，防止和活性，防止FeFe3 3O O4 4過渡還原為過渡還原為FeOFeO主活性組分，還主活性組分，還原成原成Fe3O4后具后具有活性有活性助催化劑，助催化劑，提高催化劑提高催化劑的活性的活性1、催化劑的組成、催化劑的組成鐵鉻系催化劑鐵鉻系催化劑MgOAl2O3提高耐提高耐熱和耐熱和耐硫

20、性能硫性能2、催化劑的主要特性催化劑的主要特性 活性活性 強(qiáng)強(qiáng) 度度 耐硫性能耐硫性能 使用壽命使用壽命毒物毒物起活溫度起活溫度操作溫度操作溫度 抗磨損、抗磨損、抗沖刷抗沖刷 低毒低毒3、還原與鈍化、還原與鈍化催化劑原始狀態(tài)為氧化態(tài)催化劑原始狀態(tài)為氧化態(tài)Fe2O3，必須首先還原為活性態(tài)必須首先還原為活性態(tài)Fe3O4催化劑催化劑還原還原反應(yīng)：反應(yīng)：Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O（g） Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2注意：耗注意：耗1%H2溫升溫升1.5，耗，耗1% CO溫升溫升7。載體：蒸汽載體：蒸汽（1）還原）還原n在反應(yīng)設(shè)備中具有活性的催化劑需要卸出時(shí)，通入含在反應(yīng)設(shè)備中具有

21、活性的催化劑需要卸出時(shí)，通入含微量氧的惰性氣體或其他氣體微量氧的惰性氣體或其他氣體(如水蒸氣如水蒸氣)，使其生成，使其生成氧化膜，卸出時(shí)能安全和空氣接觸而不致劇烈燃燒，氧化膜，卸出時(shí)能安全和空氣接觸而不致劇烈燃燒，這種操作稱為催化劑的鈍化。這種操作稱為催化劑的鈍化。（2）鈍化）鈍化（3）中毒與再生）中毒與再生常見的毒物是硫的化合物常見的毒物是硫的化合物 Fe3O4十十3H2S十十H23FeS十十4H2O 硫化物含量越多，催化劑活性降低越大硫化物含量越多，催化劑活性降低越大催化劑床層溫度越低，活性降低也越大催化劑床層溫度越低，活性降低也越大三、低變催化劑三、低變催化劑主要組分：氧化銅主要組分：氧

22、化銅 活性組分：銅活性組分：銅(銅結(jié)晶銅微晶銅結(jié)晶銅微晶)催化作用：銅對(duì)一氧化碳有吸附作用，對(duì)一氧化碳活化催化作用：銅對(duì)一氧化碳有吸附作用，對(duì)一氧化碳活化能力比四氧化三鐵強(qiáng)。能力比四氧化三鐵強(qiáng)。穩(wěn)定劑：氧化鋅、氧化鋁或氧化鉻穩(wěn)定劑：氧化鋅、氧化鋁或氧化鉻 催化劑還原后，氧化鋅晶粒均勻的分布在銅晶格上。催化劑還原后，氧化鋅晶粒均勻的分布在銅晶格上。 穩(wěn)定劑的作用：隔離、提高耐熱溫度穩(wěn)定劑的作用：隔離、提高耐熱溫度 型號(hào)：型號(hào)：B201-206 （p94表表1-2-28）及性能）及性能低變催化劑的還原和鈍化低變催化劑的還原和鈍化n還原劑：一氧化碳、氫氣還原劑：一氧化碳、氫氣n反應(yīng)：反應(yīng)：CuO+H

23、2=Cu+H2O CuO+CO=Cu+CO2n載體：氮?dú)?、過熱蒸汽、天然氣載體：氮?dú)?、過熱蒸汽、天然氣n毒物：硫化物、氯化物、冷凝水、油毒物：硫化物、氯化物、冷凝水、油南化集團(tuán)研究院（南化院）銅系催化劑南化集團(tuán)研究院（南化院）銅系催化劑 NB207型一氧化碳低溫變換催化劑型一氧化碳低溫變換催化劑 三、耐硫變換催化劑三、耐硫變換催化劑n組分：氧化鈷、氧化鉬組分：氧化鈷、氧化鉬n活性組分：硫化鈷、硫化鉬活性組分：硫化鈷、硫化鉬n載體：三氧化二鋁載體：三氧化二鋁n助劑：堿金屬助劑：堿金屬齊魯石化齊魯石化 院的院的QCS一一10 湖北省化學(xué)研究所研制湖北省化學(xué)研究所研制的的EB一一4型低變催化劑型低變

24、催化劑 硫化劑：硫化氫、二硫化碳硫化劑：硫化氫、二硫化碳MoS2+2H2O=MoO22H2S CoS+H2O=CoO+H2S反硫化反應(yīng)反硫化反應(yīng)硫硫化化反反應(yīng)應(yīng)n湖北雙雄催化劑有限公司簡(jiǎn)介湖北雙雄催化劑有限公司簡(jiǎn)介由原湖北廣水市山鶴化工有限責(zé)任公司和湖北孝感市龍由原湖北廣水市山鶴化工有限責(zé)任公司和湖北孝感市龍馬催化劑有限責(zé)任公司強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合馬催化劑有限責(zé)任公司強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合一、氨合成催化劑：一、氨合成催化劑：1、強(qiáng)化磨角催化劑：、強(qiáng)化磨角催化劑：A201/A202/ A310/ FA401/A110系列系列 2、高強(qiáng)度球形催化劑：、高強(qiáng)度球形催化劑：A202Q/A310Q/FA401Q/A110Q型型二

25、、中變催化劑：二、中變催化劑：B116型型/B116-2型型/EB118型型/B112型型/ B112-2型型/B117型型三、鈷鉬耐硫低變催化劑：三、鈷鉬耐硫低變催化劑：SB308Q/SB303Q型型/SB302Q型型四、甲烷四、甲烷 化化 催催 化化 劑劑 ：EJ-1型型/J106Q型型第三節(jié)第三節(jié) 工藝流程工藝流程工藝流程中應(yīng)考慮的問題：工藝流程中應(yīng)考慮的問題：1、根據(jù)原料氣、根據(jù)原料氣co含量含量,滿足變換率的要求滿足變換率的要求2、防止催化劑超溫、防止催化劑超溫分段和段間降溫方式分段和段間降溫方式天然氣制原料氣、天然氣制原料氣、有無甲醇產(chǎn)品時(shí)催有無甲醇產(chǎn)品時(shí)催化劑的選擇化劑的選擇3、

26、反應(yīng)余熱的充分利用，、反應(yīng)余熱的充分利用，達(dá)到催化劑反應(yīng)溫度降低能達(dá)到催化劑反應(yīng)溫度降低能耗耗4、蒸氣的回收和利用、蒸氣的回收和利用降低外供蒸汽消耗降低外供蒸汽消耗5、延長催化劑壽命、延長催化劑壽命介質(zhì)的凈化介質(zhì)的凈化6、變換氣體的降溫、變換氣體的降溫滿足后工序需要滿足后工序需要7、開車或非正常生產(chǎn)時(shí)熱源、開車或非正常生產(chǎn)時(shí)熱源催化劑升溫需要催化劑升溫需要8、檢修及生產(chǎn)調(diào)節(jié)方便、檢修及生產(chǎn)調(diào)節(jié)方便反應(yīng)蒸汽的供應(yīng)反應(yīng)蒸汽的供應(yīng)n放熱反應(yīng)， CO+HCO+H2 2O HO H2 2+CO+CO2 2+41KJ+41KJ但熱量不能使但熱量不能使1mol1mol水氣化，且反應(yīng)在過量的水蒸氣條件水氣化，

27、且反應(yīng)在過量的水蒸氣條件下進(jìn)行，變換反應(yīng)應(yīng)提供一定量的水蒸汽。下進(jìn)行，變換反應(yīng)應(yīng)提供一定量的水蒸汽。 提供蒸汽提供蒸汽的方式的方式自給自給外供外供蒸汽轉(zhuǎn)化法蒸汽轉(zhuǎn)化法制氣制氣重油部分氧重油部分氧化水冷激除化水冷激除碳黑法制氣碳黑法制氣煤間歇常壓煤間歇常壓氣化法制氣氣化法制氣煤連續(xù)加壓煤連續(xù)加壓氣化法制氣氣化法制氣一、大型氨廠一氧化碳中變串低變流程一、大型氨廠一氧化碳中變串低變流程轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化氣氣廢廢熱熱鍋鍋爐爐中中變變爐爐低低變變爐爐廢廢熱熱鍋鍋爐爐甲甲烷烷化化預(yù)預(yù)熱熱器器CO 13-15%，800，3.04MPa370，440，CO 3-4%220，CO 3-4%235，CO 0. 3-0.5%

28、軟水軟水飽和器飽和器貧液再沸器貧液再沸器變換氣變換氣外供蒸汽中溫變換工藝流程二、多段中溫變換流程二、多段中溫變換流程流程特點(diǎn)：流程特點(diǎn)：需外供蒸汽需外供蒸汽800-1000Kg/t氨，出口一氧化碳氨，出口一氧化碳3-5%三、中變串低變流程三、中變串低變流程流程特點(diǎn)：流程特點(diǎn)：需外供蒸汽需外供蒸汽800-1000Kg/t氨，出口一氧化碳氨，出口一氧化碳1%中變催化劑中變催化劑段間噴水冷激降溫段間噴水冷激降溫變換與合成、銅洗構(gòu)成第二換熱網(wǎng)絡(luò)變換與合成、銅洗構(gòu)成第二換熱網(wǎng)絡(luò)爐內(nèi)串低變爐內(nèi)串低變中串低流程特點(diǎn)中串低流程特點(diǎn)n主要工藝參數(shù)主要工藝參數(shù):中變部分的進(jìn)口溫度中變部分的進(jìn)口溫度 3000C、出

29、、出口溫度口溫度 450，低變部分的進(jìn)口溫度，低變部分的進(jìn)口溫度 1800C、出口溫度出口溫度 2300C，反應(yīng)汽氣比，反應(yīng)汽氣比 0.5，噸氨蒸汽，噸氨蒸汽消耗消耗450Kg，中變催化劑空速，中變催化劑空速 700 h-1，低變催，低變催化劑空速化劑空速 1 800 h-1，出口，出口CO含量含量 1.5%。n 與中變流程相比，中串低工藝蒸汽消耗下降，飽與中變流程相比，中串低工藝蒸汽消耗下降，飽和塔負(fù)荷減輕。和塔負(fù)荷減輕。四、耐硫全低變流程四、耐硫全低變流程nB302Q球形耐硫變換催化劑于1984年開始研究,首先在中小型化肥廠中串低工藝中應(yīng)用.最早的中串低工藝分爐內(nèi)串低變和爐外串低變2種形式

30、.1988年完成了國內(nèi)第1個(gè)中型廠的中串低工藝改造,經(jīng)理論和電腦模擬,下一步是串2個(gè)低變的中低低工藝和3個(gè)低變即全低變的工藝.該項(xiàng)工作于1989年開始工業(yè)試驗(yàn),至今已有17年的歷史,并已成功地在國內(nèi)外200多套大小不同的裝置中工業(yè)應(yīng)用,為化肥等行業(yè)的節(jié)能降耗及甲醇工業(yè)的發(fā)展作出了積極的貢獻(xiàn)。全耐硫低變流程的主要優(yōu)點(diǎn)全耐硫低變流程的主要優(yōu)點(diǎn)1)能降耗的效果顯著。低變爐各段進(jìn)口溫度均在能降耗的效果顯著。低變爐各段進(jìn)口溫度均在200左右，床層溫度比傳統(tǒng)的床層溫度下降左右，床層溫度比傳統(tǒng)的床層溫度下降100300，有利于變換反應(yīng)平衡。汽氣比降低，蒸汽消耗大幅下降，在幾種變換流程中，有利于變換反應(yīng)平衡。

31、汽氣比降低，蒸汽消耗大幅下降，在幾種變換流程中蒸汽消耗最低。蒸汽消耗最低。2)熱回收率高，有效能損失小，熱交換設(shè)備換熱面積可減少熱回收率高，有效能損失小，熱交換設(shè)備換熱面積可減少1/2左右。左右。3)對(duì)半水煤氣中硫化氫含量的要求相應(yīng)降低，煤氣總硫必須大于對(duì)半水煤氣中硫化氫含量的要求相應(yīng)降低，煤氣總硫必須大于150mg/m3(標(biāo)標(biāo))，因此原料煤的，因此原料煤的含硫量可以適當(dāng)放寬。含硫量可以適當(dāng)放寬。4)與原高變催化劑比較，催化劑用量可以減少一半以上，降低了變換爐床層阻力，降低了壓縮功與原高變催化劑比較，催化劑用量可以減少一半以上，降低了變換爐床層阻力，降低了壓縮功耗。耗。5)有機(jī)硫轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)

32、有機(jī)硫轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)98%99%，有利于銅洗操作，降低銅耗，穩(wěn)定生產(chǎn)。，有利于銅洗操作，降低銅耗，穩(wěn)定生產(chǎn)。6)變換率高，變換氣中一氧化碳含量可降到變換率高，變換氣中一氧化碳含量可降到1%以下。以下。7)余熱回收效果好。催化劑段間換熱等用水加熱器逐級(jí)回收、逐級(jí)加熱飽和熱水塔循環(huán)熱水，出余熱回收效果好。催化劑段間換熱等用水加熱器逐級(jí)回收、逐級(jí)加熱飽和熱水塔循環(huán)熱水，出飽和塔半水煤氣的溫度及飽和度高，出熱水塔變換氣溫度可降到飽和塔半水煤氣的溫度及飽和度高，出熱水塔變換氣溫度可降到100以下。以下。 n四川威遠(yuǎn)石牛氮肥有限公司四川威遠(yuǎn)石牛氮肥有限公司 全低變流程運(yùn)行全低變流程運(yùn)行1010年。年。n河

33、南心連心化肥有限公司全低變無飽和塔工藝河南心連心化肥有限公司全低變無飽和塔工藝 n山西豐喜集團(tuán)臨猗分公司一分廠變換工段采用山西豐喜集團(tuán)臨猗分公司一分廠變換工段采用2.0MPa2.0MPa全低變有飽和熱水塔的工藝流程。因熱全低變有飽和熱水塔的工藝流程。因熱交換器腐蝕大交換器腐蝕大, ,使用壽命短使用壽命短, ,飽和塔易帶水飽和塔易帶水, , 變變換爐壓差大換爐壓差大, ,管道腐蝕漏點(diǎn)多管道腐蝕漏點(diǎn)多, ,安全隱患大改為安全隱患大改為無飽和塔工藝無飽和塔工藝 存在問題n設(shè)備腐蝕n對(duì)進(jìn)口氣體中O2和油水等要求苛刻n阻力增加第四節(jié)第四節(jié) 主要設(shè)備主要設(shè)備飽和熱水塔：填料塔、板式塔、填料塔飽和熱水塔：填料塔、板式塔、填料塔飽和段：主要用于回收反應(yīng)熱，提高半水煤氣的溫度飽和段：主要用于回收反應(yīng)熱，提高半水煤氣的溫度 （125142),增濕半水煤氣。增濕半水煤氣。熱水段：減濕降溫（變換氣）熱水段：減濕降溫（變換氣）最佳水循環(huán)量：最佳水循環(huán)量：15-20t/t飽和熱水塔結(jié)構(gòu)飽和熱水塔結(jié)構(gòu)示意圖示意圖傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行 填料模型填料模型垂直篩板塔內(nèi)件垂直篩板塔內(nèi)件變換爐：氣固相催化反應(yīng)器變換爐：氣固相催化反應(yīng)器要求要求a 變換爐的處理氣量盡可能大。變換爐的處理氣量盡可能大。b氣流的阻力小、氣體在爐內(nèi)分布均勻。氣流的阻力小、氣體在爐內(nèi)分布均勻。c熱損失小熱損失小這是穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能降耗這