煤炭氣化變換-變換的基本原理（煤氣化技術(shù)課件）

變換用催化劑《甲醇生產(chǎn)技術(shù)》學(xué)校名稱：教學(xué)教學(xué)目的教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)使學(xué)生掌握一氧化碳變換催化劑的類型、使用方法重點(diǎn)：鈷鉬耐硫催化劑的使用難點(diǎn)：鈷鉬耐硫催化劑的硫化和反硫化變換用催化劑變換用催化劑變換催化劑銅鋅系催化劑低溫變換催化劑含CuO15%～32%（高銅催化劑可達(dá)42%）、ZnO32%～62.5%、Al3O230%～40.5%。鐵鉻系催化劑中高溫變換催化劑組成：含F(xiàn)e2O3約80%～90%，Cr2O3約7%～11%，并有少量的K2O，MgO和Al2O3等物質(zhì)本鈷鉬系催化劑寬溫耐硫變換催化劑使用最為廣泛的催化劑主要成分為CoO、MoO3，載體為Al2O3等，加入少量堿金屬變換用催化劑鐵鉻系催化劑又稱中高溫變換催化劑。含F(xiàn)e2O3約80%～90%，Cr2O3約7%～11%，并有少量的K2O，MgO和Al2O3等物質(zhì)?；钚越M分為Fe3O4，開工時需用H2或CO將Fe3O4還原成Fe2O3；

Cr2O3為催化劑，可與Fe3O4形成固溶體，高度分散于活性組分Fe3O4晶粒之間，使催化劑具有更細(xì)的微孔結(jié)構(gòu)和更大的比表面積，從而提高催化劑的活性和耐熱性，延長使用壽命。添加K2O可以提高催化劑的活性，MgO和Al2O3能增加催化劑的耐熱性，MgO還具有良好的耐硫性能。鐵鉻系催化劑變換用催化劑銅鋅系催化劑又稱低溫變換催化劑。含CuO15%～32%（高銅催化劑可達(dá)42%）、ZnO32%～62.5%、Al3O230%～40.5%。根據(jù)添加物不同，低溫變換催化劑可分為銅鋅、銅鋅鋁、銅鋅鉻三種。銅鋅系催化劑變換用催化劑鈷鉬系催化劑又稱寬溫耐硫變換催化劑。具有耐硫性能好、活性溫度較寬的優(yōu)點(diǎn)；其主要成分為CoO、MoO3，載體為Al2O3等，加入少量堿金屬，以降低催化劑的活性溫度。是目前使用最為廣泛的變換催化劑。鈷鉬系耐硫催化劑其主要活性組分為CoO和MoO3，在使用前，需用含硫氣體（如未脫硫的原料氣）將其轉(zhuǎn)化為CoS、MoS2才具有變換活性，這一過程稱為硫化。鈷鉬系催化劑MoO3+2H2S+H2=MoS2+3H2OCoO+H2S=CoS+H2反硫化反應(yīng)：

MoS3+2H2O=MoO2+2H2SCo-Mo系變換催化劑經(jīng)過硫化后具有活性，而活性組分MoS2和CoS在一定條件下會發(fā)生水解反應(yīng)釋放出H2S，即反硫化反應(yīng)，它構(gòu)成了這一類催化劑失活的重要原因。

硫化反應(yīng)：變換用催化劑具有很好的低溫活性，而且有較寬的活性溫度范圍（180～500℃），有利于工業(yè)生產(chǎn)中溫度的控制。突出的耐硫和抗毒性，大大簡化了原料氣凈化的過程，原料氣可先直接進(jìn)行變換，后通過低溫甲醇洗脫硫脫碳，達(dá)到氣體凈化的目的。優(yōu)點(diǎn)一優(yōu)點(diǎn)二優(yōu)點(diǎn)三強(qiáng)度高，尤其選用γ-Al2O3作載體，強(qiáng)度更好，遇水不粉化，催化劑硫化后的強(qiáng)度還可以提高50%以上，而使用壽命一般可用五年左右，也有使用十年仍在繼續(xù)運(yùn)行的。變換用催化劑一氧化碳變換基本原理《甲醇生產(chǎn)技術(shù)》學(xué)校名稱：教學(xué)教學(xué)目的教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)使學(xué)生掌握變換的基本原理及影響變換反應(yīng)平衡的因素重點(diǎn)：變換基本原理及影響變換反應(yīng)的因素難點(diǎn)：影響變換反應(yīng)的因素變換的基本原理AB變換的作用甲醇原料氣中氫碳比過低，變換目的：除去氣體中多余的CO，增加一定量的H2，從而達(dá)到合理的H/C比。調(diào)節(jié)合理的H/C比A變換反應(yīng)所用催化劑同時也是有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化催化劑，有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫B變換的基本原理變換的基本原理此反應(yīng)為可逆的放熱反應(yīng)，變換程度可用變換率來表示。變換率：反應(yīng)中變換了的一氧化碳量與反應(yīng)前氣體中一氧化碳量之比。式中，x—一氧化碳變換率；—變換前后CO物質(zhì)的量，mol。變換的基本原理如圖所示，溫度降低，平衡常數(shù)增大，有利于變換反應(yīng)向右進(jìn)行，平衡變換率增大，變換氣中CO含量減少。故工業(yè)上我們常采用中溫變換后再進(jìn)行低溫變換，提高變換率，降低變換氣中的CO含量。影響變換平衡的因素－溫度變換的基本原理如圖所示，在同一溫度下，蒸汽量增大，平衡變換率隨之增大，但其趨勢是先快后慢。因此，蒸汽用量過大，變換率的增加并不明顯，蒸汽耗量卻增加了，且還易造成催化劑層溫度難以維持。故工業(yè)生產(chǎn)中蒸汽用量也不宜過大。影響變換平衡的因素－蒸汽用量變換的基本原理由于變換反應(yīng)是等分子反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的總體積不變，生產(chǎn)中壓力對變換反應(yīng)的化學(xué)平衡并無明顯的影響。影響變換平衡的因素－壓力變換溫度的控制《甲醇生產(chǎn)技術(shù)》學(xué)校名稱：教學(xué)教學(xué)目的教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)使學(xué)生掌握溫度一氧化碳變換過程的影響及工業(yè)上溫度的控制原理重點(diǎn)：溫度對變換過程的影響難點(diǎn)：溫度的控制過程變換溫度的控制變換溫度的控制添加標(biāo)題文字01020304壓力CO2含量汽/氣比溫度最大反應(yīng)速率時對應(yīng)的反應(yīng)溫度最適宜溫度不是一個定值，而是隨著變換物料組分的變化而不斷變化，即不同組成下的最適宜溫度不同；在不同組成下的最適宜溫度點(diǎn)所組成的曲線就是最適宜溫度曲線；為加快反應(yīng)速率，提高CO的變換率，可逆放熱反應(yīng)最好沿最適宜溫度曲線進(jìn)行。最適宜溫度最適宜溫度變化規(guī)律隨著變換率的不斷增大，最適宜溫度不斷降低；變換反應(yīng)是一可逆的放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，反應(yīng)熱不斷放出，實(shí)際溫度呈現(xiàn)一個上升的趨勢。變換溫度的控制TmT反應(yīng)速率r最適宜溫度示意圖如何使實(shí)際溫度符合最適宜溫度曲線是變換過程主要考慮的因素。變換溫度的控制變換爐的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中溫度的控制應(yīng)注意防止超溫造成催化劑活性組分燒結(jié)而降低活性。此外，反應(yīng)開始溫度應(yīng)高于所用型號催化劑的起始活性溫度20℃左右，隨著催化劑使用時間的增長活性有所下降，操作溫度應(yīng)適當(dāng)提高。控制變換溫度在催化劑的活性溫度范圍之內(nèi)必須從催化劑床床層及時移出熱量，不斷降低反應(yīng)溫度，以接近最適宜溫度曲線進(jìn)行反應(yīng)，并且對排出的熱量加以合理利用。及時有效的移除反應(yīng)熱考慮該氣體條件下的露點(diǎn)溫度，以防止水蒸汽的冷凝?？紤]氣體的露點(diǎn)溫度工業(yè)上通常采用不斷移去催化劑床層反應(yīng)熱的方式實(shí)現(xiàn)使實(shí)際溫度盡可能的接近最適應(yīng)溫度變換溫度的控制多段間接換熱式連續(xù)換熱式多段直接換熱式020103CO變換過程中溫度的控制原料氣經(jīng)換熱器預(yù)熱達(dá)到催化劑所要求的溫度后進(jìn)入第一段床層。在絕熱條件下進(jìn)行反應(yīng)，溫升值與原料氣組成及變換率有關(guān)。第一段出來的氣體經(jīng)換熱器降溫，再進(jìn)入第二段床層反應(yīng)。經(jīng)過多段反應(yīng)與換熱后，出口變換氣經(jīng)換熱器回收部分熱量后送入下一設(shè)備?？傊^熱反應(yīng)一段，間接換熱一段是這類變換爐的特點(diǎn)。

AB、CD、EF分別是各段絕熱操作過程中變換率x與溫度T的關(guān)系，稱為絕熱操作線。BC、DE為段間間接冷卻線。變換溫度的控制多段間接換熱式變換爐（a）及其操作狀況（b）1-催化床；2-換熱器絕熱反應(yīng)一段，間接換熱一段是這類變換爐的特點(diǎn)。多段間接換熱式變換爐及其操作狀況多段原料氣冷激式變換爐及其操作狀況多段原料氣冷激式變換爐（a）及其操作狀況（b）1-催化床；2-變換器

變換溫度的控制它與間接換熱式不同之處在于段間的冷卻過程采用直接加入冷原料氣的方法使反應(yīng)后氣體溫度降低。雖然段間有冷激，但由于這幾段氣體的起始組成相同，使這幾條絕熱操作線互下平行。BC、DE為段間冷激線，冷激過程中產(chǎn)生了物料的返混，變換率下降，故冷激降溫線不與溫度軸平等，其延長線匯于O點(diǎn)，O點(diǎn)坐標(biāo)為（0，T0），T0為冷激氣溫度。

與原料氣冷激式不同之處在于冷激介質(zhì)為冷凝水。由于冷激后氣體