一氧化碳变换课件.pptx

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1、脱硫后原料气体成分脱硫后原料气体成分方法方法气体成分气体成分COH2CO2N2CH4固体燃料气化固体燃料气化28-3035-397-8.217-180.8-1.3甲烷转化工艺甲烷转化工艺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产生产中都不需要中都不需要CO，应将其除去。，应将其除去。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第第1页页/共共62页页（1）气体的净化）气体的净化（脱除（脱除CO）。）。（2）有效气体氢气和二氧化碳的制备。）有效气

2、体氢气和二氧化碳的制备。（3）大部分有机硫转换成无机硫（）大部分有机硫转换成无机硫（H2S）。）。CO水蒸气变换反应，简称水蒸气变换反应，简称CO变换反应变换反应:CO+H2O H2+CO2在工业上如何实现？工艺流程如何安排？在工业上如何实现？工艺流程如何安排？1、可逆可逆：化学平衡的问题，：化学平衡的问题，转化率问题？转化率问题？2、放热、放热3、等体积、等体积4、催化剂参与、催化剂参与 反应特点任务第第2页页/共共62页页CO+H2O H2+CO2该反应该反应需要在催化剂存在下进行，依据目前开发的催需要在催化剂存在下进行，依据目前开发的催化剂活性温度，其反应温度在化剂活性温度，其反应温度在

3、200-400之间，中变催化之间，中变催化剂在剂在280-400 ，低变催化剂为，低变催化剂为200-320 变换变换反应器反应器200-400常温常温常温常温加加热热冷冷却却变换变换反应器反应器200-400换换热热器器常温常温常温常温达到反应温度的途径达到反应温度的途径第第3页页/共共62页页水蒸气的加入水蒸气的加入-饱和器和热水器饱和器和热水器原料气原料气水蒸气水蒸气饱和器饱和器热热水水原料气原料气+水蒸气水蒸气低温原低温原料气料气直接加入蒸气直接加入蒸气饱和器的方法饱和器的方法高温变高温变换气换气热水器热水器变换气的热量传给变换气的热量传给水，使水升温。水，使水升温。低温变换气低温变换

4、气热热水水第第4页页/共共62页页变换变换反应器反应器200-400换换热热器器原料气原料气变换气变换气热热水水器器饱饱和和器器反应系统换热系统加入水蒸气和热量回收系统变变换换工工段段原原则则流流程程构构成成第第5页页/共共62页页本章基本要求：任务、原理变换反应原理及其特点变换反应原理及其特点1工艺条件对反应的影响关系工艺条件对反应的影响关系2中变催化剂、低变催化剂、耐硫变换催化剂中变催化剂、低变催化剂、耐硫变换催化剂组成、使用条件、还原（硫化）、钝化原理组成、使用条件、还原（硫化）、钝化原理3中变流程、中低低、中串低、全低变的流程组中变流程、中低低、中串低、全低变的流程组织原则、流程特点以

5、及主要设备的结构和作用织原则、流程特点以及主要设备的结构和作用4难点：方案的确定和流程的布置重点重点第第6页页/共共62页页一一、化学平衡和平衡转化率、化学平衡和平衡转化率1、热效应、热效应反应热反应热：H298,R-4.868-1.2184T+1.191110-3T2-4.062510-6T3温度温度/25200250300350400450500H298,R-41.18-40.07-39.67-39.25-38.78-38.32-37.86-37.3kJ/mol结论：放热反应，反应热随温度的升高而降低结论：放热反应，反应热随温度的升高而降低第一节第一节 一氧化碳变换的基本原理及热力学一氧化

6、碳变换的基本原理及热力学第第7页页/共共62页页72508.3610*67814. 0004462. 0log220227.12704.3994log46TTTTkp温度温度/200250300350400450500Kp227.986.5139.2220.3411.77.3114.878结论：随着温度的升高，平衡常数降低。即温度对平结论：随着温度的升高，平衡常数降低。即温度对平衡有影响，衡有影响，T Kp OHHOHHyycoyycoPPcoPPcopK222222 2、化学平衡常数化学平衡常数第第8页页/共共62页页组分组分COH2OCO2H2初始组成初始组成yaybycyd平衡浓度平衡浓

7、度ya-yaxpyb-yaxpycyaxpyd十十yaxp以以1mol湿原料气为基准，湿原料气为基准，xp为为CO 的平衡转化率的平衡转化率，可计算平衡组成，可计算平衡组成3、变换率及平衡变换率、变换率及平衡变换率一氧化碳的反应程度一氧化碳的反应程度当当T和原料气组成已知时，即可通过和原料气组成已知时，即可通过T计算出计算出Kp，求出，求出xp平衡常数和平衡平衡常数和平衡转化率的关系转化率的关系第第9页页/共共62页页温度温度H2O/CO, 摩尔比摩尔比13571502002503003504004505005506000.0095380.0169990.0273130.0590300.078

8、4950.0991260.1201840.1410590.1612860.1805470.0017570.0021370.0030170.0083750.0152340.0247810.0368180.0508490.0662490.0824070.0000650.0002160.0005760.0043140.0080300.0134690.0207480.0297910.0403620.0521230.0000350.0001200.0003160.0029000.0054360.0092100.0143100.0209510.0288660.037937不同温度及水蒸气比例下，干变换气中

9、不同温度及水蒸气比例下，干变换气中CO平衡含量，平衡含量， 摩尔分数摩尔分数结论：在原料气组成一定的条件下，随着温度的降低，变换结论：在原料气组成一定的条件下，随着温度的降低，变换气中气中CO的平衡含量降低，的平衡含量降低，CO 转化率提高；水蒸气的加入量转化率提高；水蒸气的加入量对转化率有影响，水蒸气的加入量对转化率有影响，水蒸气的加入量 ， CO转化率转化率 。备注 原料干基组成：CO:31.7% CO2:8% H2: 40% N2:20.3%第第10页页/共共62页页注：实际生产中，可测定原料气和变换气中的注：实际生产中，可测定原料气和变换气中的CO,且视为干基，且视为干基，一氧化碳的转

10、化率：一氧化碳的转化率：%)(1001 aaaapyyyyx原料气原料气中中CO含含量量变换气变换气中中CO含含量量生产中用途：可测定原料气和变换气中的生产中用途：可测定原料气和变换气中的CO,判断问题；判断问题； 确定催化剂用量确定催化剂用量 第第11页页/共共62页页二、工艺条件对变换反应的影响二、工艺条件对变换反应的影响温度温度压力压力气体组成气体组成影响因素影响因素空速空速P100第第12页页/共共62页页（1）热力学角度考虑）热力学角度考虑 变换反应是放热反应，对一定的原料气初始组成，温度的变换反应是放热反应，对一定的原料气初始组成，温度的降低，平衡向正反应方向移动，降低，平衡向正反

11、应方向移动，Kp值增大，变换气中值增大，变换气中CO的平的平衡含量降低。衡含量降低。 所以，当原料气组成一定时，温度越低，平衡变换率越高。所以，当原料气组成一定时，温度越低，平衡变换率越高。低温条件下变换后残余低温条件下变换后残余CO含量可以有较大的降低含量可以有较大的降低。1. 温度温度第第13页页/共共62页页（2）动力学角度）动力学角度Tr （反应速度）（反应速度） 从反应动力学可知，温度升高，反应速度常数增大，对从反应动力学可知，温度升高，反应速度常数增大，对反应速度有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即反应速度有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即CO 平衡含量增大，反应推动力变小，

12、对反应速度不利平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速度不利。 OHcopHcococogcCOcoppKppppTREkdWdNr22221500.)exp(B系列中变催化剂本征动力学方程系列中变催化剂本征动力学方程第第14页页/共共62页页Te 平衡温度平衡温度热力学的影响热力学的影响最佳操作温度最佳操作温度P101Tm 最适宜操作温度最适宜操作温度E1正反应活化能正反应活化能E2逆反应活化能逆反应活化能平衡温度和最适宜温度的关系随温度的关系平衡温度和最适宜温度的关系随温度的关系使反应沿最适宜温度曲线进行时反应器利用率最大、使反应沿最适宜温度曲线进行时反应器利用率最大、催化剂用量最少催化剂用

13、量最少高温加快反应速度高温加快反应速度低温可降低平衡一氧化碳含量低温可降低平衡一氧化碳含量动力学的影响动力学的影响第第15页页/共共62页页a 单段绝热式单段绝热式平衡温度线平衡温度线最佳温度线最佳温度线 原料气原料气 产物产物催化剂催化剂 操作线操作线第第16页页/共共62页页原料气原料气变换气变换气(b)多段原料气多段原料气间接换热式间接换热式AB：一段操作曲线：一段操作曲线BC：一二段间等变换率降温：一二段间等变换率降温 CD：二段操作曲线：二段操作曲线DE: 二三段间等变换率降温二三段间等变换率降温EF：三段转化率：三段转化率 F点：出口点：出口CO含量含量第第17页页/共共62页页(

14、c)多段原料气冷激式多段原料气冷激式变换气原料气第第18页页/共共62页页(e)多段水冷激式多段水冷激式第第19页页/共共62页页平衡温度线平衡温度线最佳温度线最佳温度线平衡温度线平衡温度线第第20页页/共共62页页 (1)常压和加压变换常压和加压变换 小型厂小型厂 P0.8-1.0MPa 中型厂中型厂 P1.2-1.8MPa 大型厂大型厂 P4.0MPa 、压力、压力反应为等体积反应，压力较低时对变换反应的化学平衡反应为等体积反应，压力较低时对变换反应的化学平衡几乎没有影响。几乎没有影响。反应速度随压力增大而增大反应速度随压力增大而增大以煤以煤为原料为原料 以天然气或以天然气或渣油为原料渣油

15、为原料采用转化法时采用转化法时变换压力和转化工序相同变换压力和转化工序相同第第21页页/共共62页页 a 设备体积小设备体积小，节省投资。，节省投资。 b 增加空速，提高生产能力增加空速，提高生产能力优点优点c 有利于热能回收有利于热能回收 热能的品位得以提高，有利于热量回收。热能的品位得以提高，有利于热量回收。d 费托合成费托合成 CO+H2 CnH2n+2nH2O 被抑制被抑制 在汽气比非常小时有费托合成在汽气比非常小时有费托合成, 冷激流程可抑制费托合冷激流程可抑制费托合成反应的发生成反应的发生。e 电耗降低电耗降低a 腐蚀加剧腐蚀加剧（点蚀（点蚀 ），设备使用寿命缩短。），设备使用寿命

16、缩短。 （尤其是采用耐硫变换催化剂流程）（尤其是采用耐硫变换催化剂流程）b 有机硫转化有机硫转化缺点缺点（2）加压变换的优缺点）加压变换的优缺点第第22页页/共共62页页3、汽气比、汽气比H H2 2O/COO/CO或水蒸气半水煤气或水蒸气半水煤气原料、原料、热载体、热载体、抑制副反应抑制副反应概念概念蒸汽作用蒸汽作用汽气比汽气比与一氧化碳平衡变换率关系与一氧化碳平衡变换率关系第第23页页/共共62页页1、山东兖州鲁南化肥厂原始开车的摸索过程中，曾经出现过一次由、山东兖州鲁南化肥厂原始开车的摸索过程中，曾经出现过一次由于将人变换炉于将人变换炉汽气汽气 比比控制太低控制太低 ，造成发生急剧的甲烷

17、化反应，造成发生急剧的甲烷化反应，床层超温至床层超温至802。2、蒸汽用量大，导致炉温垮温事故。、蒸汽用量大，导致炉温垮温事故。 增加水蒸气用量，既有利于提高一氧化碳的变换率，又增加水蒸气用量，既有利于提高一氧化碳的变换率，又有利于提高变换反应速度，同时抑制副反应。但能耗增有利于提高变换反应速度，同时抑制副反应。但能耗增加。加。甲烷转化工艺中变换过程不需另加蒸汽甲烷转化工艺中变换过程不需另加蒸汽 ？第第24页页/共共62页页 COCO2 2为变换反应的产物，除去为变换反应的产物，除去COCO2 2有利于反应平衡向生成有利于反应平衡向生成H H2 2的方向移动，从而提高的方向移动，从而提高COC

18、O的变换率，降低变换气中的变换率，降低变换气中COCO含量。含量。4、二氧化碳、二氧化碳 生产中，若选用中变串低变工艺，可在两个变换炉之间串生产中，若选用中变串低变工艺，可在两个变换炉之间串入脱碳装置，最终入脱碳装置，最终COCO含量可降低到含量可降低到0.10.1。第第25页页/共共62页页一、对催化剂的要求一、对催化剂的要求1、活性好、活性好2、活性温度低、活性温度低3、较好的选择性、较好的选择性4、催化剂对毒物灵敏性小、机械强度高、耐热性好、使用寿、催化剂对毒物灵敏性小、机械强度高、耐热性好、使用寿命长、价格低廉及原料易得等命长、价格低廉及原料易得等第二节第二节 变换催化剂变换催化剂第第

19、26页页/共共62页页变换催化剂分类变换催化剂分类按组成按组成分类分类中中温温变变换换低低温温变变换换耐耐硫硫低低变变“工程实践教学观摩中心工程实践教学观摩中心”汇集了汇集了100多种固体催化剂，包括多种固体催化剂，包括中低变催化剂，欢迎各位同学参观，中低变催化剂，欢迎各位同学参观，催化剂催化剂催化剂催化剂铁铁铬铬系系铜铜锌锌系系钴钴钼钼系系按反应按反应温度分温度分类类第第27页页/共共62页页B116氧化铁（氧化铁（r-Fe2O3 载体）载体）70-75%氧化铬（氧化铬（Cr2O3）1.5-3.0%总钼含量总钼含量(MoO3)1-1.5%其它其它A助剂，助剂，B助剂助剂二、中变催化剂二、中变

20、催化剂 B117：氧化铁氧化铁r-Fe2O3载体载体70-75%氧化铬氧化铬Cr2O3 3.0-6.0%其它助剂其它助剂第第28页页/共共62页页铁的氧化物铁的氧化物（80-90%）三氧化二铬三氧化二铬（7-11%）氧化钾氧化钾（0.2-0.4%）稳定剂，分散在稳定剂，分散在FeFe3 3O O4 4晶粒之间，提晶粒之间，提高催化剂的耐热性高催化剂的耐热性和活性，防止和活性，防止FeFe3 3O O4 4过渡还原为过渡还原为FeOFeO主活性组分，还主活性组分，还原成原成Fe3O4后具后具有活性有活性助催化剂，助催化剂，提高催化剂提高催化剂的活性的活性1、催化剂的组成、催化剂的组成铁铬系催化剂

21、铁铬系催化剂MgOAl2O3提高耐提高耐热和耐热和耐硫性能硫性能第第29页页/共共62页页2、催化剂的主要特性催化剂的主要特性 活性活性 强强 度度 耐硫性能耐硫性能 使用寿命使用寿命毒物毒物起活温度起活温度操作温度操作温度 抗磨损、抗磨损、抗冲刷抗冲刷 低毒低毒第第30页页/共共62页页3、还原与钝化、还原与钝化催化剂原始状态为氧化态催化剂原始状态为氧化态Fe2O3，必须首先还原为活性态必须首先还原为活性态Fe3O4催化剂催化剂还原还原反应：反应：Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O（g） Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2注意：耗注意：耗1%H2温升温升1.5，耗，耗1% CO温升温

22、升7。载体：蒸汽载体：蒸汽（1）还原）还原第第31页页/共共62页页n在反应设备中具有活性的催化剂需要卸出时，通入含在反应设备中具有活性的催化剂需要卸出时，通入含微量氧的惰性气体或其他气体微量氧的惰性气体或其他气体(如水蒸气如水蒸气)，使其生成，使其生成氧化膜，卸出时能安全和空气接触而不致剧烈燃烧，氧化膜，卸出时能安全和空气接触而不致剧烈燃烧，这种操作称为催化剂的钝化。这种操作称为催化剂的钝化。（2）钝化）钝化第第32页页/共共62页页（3）中毒与再生）中毒与再生常见的毒物是硫的化合物常见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，催化剂活性降低越大

23、硫化物含量越多，催化剂活性降低越大催化剂床层温度越低，活性降低也越大催化剂床层温度越低，活性降低也越大第第33页页/共共62页页三、低变催化剂三、低变催化剂主要组分：氧化铜主要组分：氧化铜 活性组分：铜活性组分：铜(铜结晶铜微晶铜结晶铜微晶)催化作用：铜对一氧化碳有吸附作用，对一氧化碳活化催化作用：铜对一氧化碳有吸附作用，对一氧化碳活化能力比四氧化三铁强。能力比四氧化三铁强。稳定剂：氧化锌、氧化铝或氧化铬稳定剂：氧化锌、氧化铝或氧化铬 催化剂还原后，氧化锌晶粒均匀的分布在铜晶格上。催化剂还原后，氧化锌晶粒均匀的分布在铜晶格上。 稳定剂的作用：隔离、提高耐热温度稳定剂的作用：隔离、提高耐热温度

24、型号：型号：B201-206 （p94表表1-2-28）及性能）及性能第第34页页/共共62页页低变催化剂的还原和钝化低变催化剂的还原和钝化n还原剂：一氧化碳、氢气还原剂：一氧化碳、氢气n反应：反应：CuO+H2=Cu+H2O CuO+CO=Cu+CO2n载体：氮气、过热蒸汽、天然气载体：氮气、过热蒸汽、天然气n毒物：硫化物、氯化物、冷凝水、油毒物：硫化物、氯化物、冷凝水、油南化集团研究院（南化院）铜系催化剂南化集团研究院（南化院）铜系催化剂 NB207型一氧化碳低温变换催化剂型一氧化碳低温变换催化剂 第第35页页/共共62页页三、耐硫变换催化剂三、耐硫变换催化剂n组分：氧化钴、氧化钼组分：氧

25、化钴、氧化钼n活性组分：硫化钴、硫化钼活性组分：硫化钴、硫化钼n载体：三氧化二铝载体：三氧化二铝n助剂：碱金属助剂：碱金属齐鲁石化齐鲁石化 院的院的QCS一一10 湖北省化学研究所研制湖北省化学研究所研制的的EB一一4型低变催化剂型低变催化剂 第第36页页/共共62页页硫化剂：硫化氢、二硫化碳硫化剂：硫化氢、二硫化碳MoS2+2H2O=MoO22H2S CoS+H2O=CoO+H2S反硫化反应反硫化反应硫硫化化反反应应第第37页页/共共62页页n湖北双雄催化剂有限公司简介湖北双雄催化剂有限公司简介由原湖北广水市山鹤化工有限责任公司和湖北孝感市龙由原湖北广水市山鹤化工有限责任公司和湖北孝感市龙马

26、催化剂有限责任公司强强联合马催化剂有限责任公司强强联合一、氨合成催化剂：一、氨合成催化剂：1、强化磨角催化剂：、强化磨角催化剂：A201/A202/ A310/ FA401/A110系列系列 2、高强度球形催化剂：、高强度球形催化剂：A202Q/A310Q/FA401Q/A110Q型型二、中变催化剂：二、中变催化剂：B116型型/B116-2型型/EB118型型/B112型型/ B112-2型型/B117型型三、钴钼耐硫低变催化剂：三、钴钼耐硫低变催化剂：SB308Q/SB303Q型型/SB302Q型型四、甲烷四、甲烷 化化 催催 化化 剂剂 ：EJ-1型型/J106Q型型第第38页页/共共6

27、2页页第三节第三节 工艺流程工艺流程工艺流程中应考虑的问题：工艺流程中应考虑的问题：1、根据原料气、根据原料气co含量含量,满足变换率的要求满足变换率的要求2、防止催化剂超温、防止催化剂超温分段和段间降温方式分段和段间降温方式天然气制原料气、天然气制原料气、有无甲醇产品时催有无甲醇产品时催化剂的选择化剂的选择3、反应余热的充分利用，、反应余热的充分利用，达到催化剂反应温度降低能达到催化剂反应温度降低能耗耗4、蒸气的回收和利用、蒸气的回收和利用降低外供蒸汽消耗降低外供蒸汽消耗5、延长催化剂寿命、延长催化剂寿命介质的净化介质的净化6、变换气体的降温、变换气体的降温满足后工序需要满足后工序需要7、开

28、车或非正常生产时热源、开车或非正常生产时热源催化剂升温需要催化剂升温需要8、检修及生产调节方便、检修及生产调节方便第第39页页/共共62页页反应蒸汽的供应反应蒸汽的供应n放热反应， CO+HCO+H2 2O HO H2 2+CO+CO2 2+41KJ+41KJ但热量不能使但热量不能使1mol1mol水气化，且反应在过量的水蒸气条件水气化，且反应在过量的水蒸气条件下进行，变换反应应提供一定量的水蒸汽。下进行，变换反应应提供一定量的水蒸汽。 提供蒸汽提供蒸汽的方式的方式自给自给外供外供蒸汽转化法蒸汽转化法制气制气重油部分氧重油部分氧化水冷激除化水冷激除碳黑法制气碳黑法制气煤间歇常压煤间歇常压气化法

29、制气气化法制气煤连续加压煤连续加压气化法制气气化法制气第第40页页/共共62页页一、大型氨厂一氧化碳中变串低变流程一、大型氨厂一氧化碳中变串低变流程转转化化气气废废热热锅锅炉炉中中变变炉炉低低变变炉炉废废热热锅锅炉炉甲甲烷烷化化预预热热器器CO 13-15%，800，3.04MPa370，440，CO 3-4%220，CO 3-4%235，CO 0. 3-0.5%软水软水饱和器饱和器贫液再沸器贫液再沸器变换气变换气第第41页页/共共62页页外供蒸汽中温变换工艺流程二、多段中温变换流程二、多段中温变换流程流程特点：流程特点：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

30、化碳3-5%第第42页页/共共62页页三、中变串低变流程三、中变串低变流程流程特点：流程特点：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%第第43页页/共共62页页中变催化剂中变催化剂段间喷水冷激降温段间喷水冷激降温变换与合成、铜洗构成第二换热网络变换与合成、铜洗构成第二换热网络第第44页页/共共62页页炉内串低变炉内串低变第第45页页/共共62页页中串低流程特点中串低流程特点n主要工艺参数主要工艺参数:中变部分的进口温度中变部分的进口温度 3000C、出、出口温度口温度 450，低变部分的进口温度，低变部分的进口温度 1800C、出口温度出口温度 2300

31、C，反应汽气比，反应汽气比 0.5，吨氨蒸汽，吨氨蒸汽消耗消耗450Kg，中变催化剂空速，中变催化剂空速 700 h-1，低变催，低变催化剂空速化剂空速 1 800 h-1，出口，出口CO含量含量 1.5%。n 与中变流程相比，中串低工艺蒸汽消耗下降，饱与中变流程相比，中串低工艺蒸汽消耗下降，饱和塔负荷减轻。和塔负荷减轻。第第46页页/共共62页页四、耐硫全低变流程四、耐硫全低变流程第第47页页/共共62页页nB302Q球形耐硫变换催化剂于1984年开始研究,首先在中小型化肥厂中串低工艺中应用.最早的中串低工艺分炉内串低变和炉外串低变2种形式.1988年完成了国内第1个中型厂的中串低工艺改造,

32、经理论和电脑模拟,下一步是串2个低变的中低低工艺和3个低变即全低变的工艺.该项工作于1989年开始工业试验,至今已有17年的历史,并已成功地在国内外200多套大小不同的装置中工业应用,为化肥等行业的节能降耗及甲醇工业的发展作出了积极的贡献。第第48页页/共共62页页全耐硫低变流程的主要优点全耐硫低变流程的主要优点1)能降耗的效果显著。低变炉各段进口温度均在能降耗的效果显著。低变炉各段进口温度均在200左右，床层温度比传统的床层温度下降左右，床层温度比传统的床层温度下降100300，有利于变换反应平衡。汽气比降低，蒸汽消耗大幅下降，在几种变换流程中，有利于变换反应平衡。汽气比降低，蒸汽消耗大幅下

33、降，在几种变换流程中蒸汽消耗最低。蒸汽消耗最低。2)热回收率高，有效能损失小，热交换设备换热面积可减少热回收率高，有效能损失小，热交换设备换热面积可减少1/2左右。左右。3)对半水煤气中硫化氢含量的要求相应降低，煤气总硫必须大于对半水煤气中硫化氢含量的要求相应降低，煤气总硫必须大于150mg/m3(标标)，因此原料煤的，因此原料煤的含硫量可以适当放宽。含硫量可以适当放宽。4)与原高变催化剂比较，催化剂用量可以减少一半以上，降低了变换炉床层阻力，降低了压缩功与原高变催化剂比较，催化剂用量可以减少一半以上，降低了变换炉床层阻力，降低了压缩功耗。耗。5)有机硫转化率高，可达有机硫转化率高，可达98%

34、99%，有利于铜洗操作，降低铜耗，稳定生产。，有利于铜洗操作，降低铜耗，稳定生产。6)变换率高，变换气中一氧化碳含量可降到变换率高，变换气中一氧化碳含量可降到1%以下。以下。7)余热回收效果好。催化剂段间换热等用水加热器逐级回收、逐级加热饱和热水塔循环热水，出余热回收效果好。催化剂段间换热等用水加热器逐级回收、逐级加热饱和热水塔循环热水，出饱和塔半水煤气的温度及饱和度高，出热水塔变换气温度可降到饱和塔半水煤气的温度及饱和度高，出热水塔变换气温度可降到100以下。以下。 第第49页页/共共62页页n四川威远石牛氮肥有限公司四川威远石牛氮肥有限公司 全低变流程运行全低变流程运行1010年。年。n河

35、南心连心化肥有限公司全低变无饱和塔工艺河南心连心化肥有限公司全低变无饱和塔工艺 n山西丰喜集团临猗分公司一分厂变换工段采用山西丰喜集团临猗分公司一分厂变换工段采用2.0MPa2.0MPa全低变有饱和热水塔的工艺流程。因热全低变有饱和热水塔的工艺流程。因热交换器腐蚀大交换器腐蚀大, ,使用寿命短使用寿命短, ,饱和塔易带水饱和塔易带水, , 变变换炉压差大换炉压差大, ,管道腐蚀漏点多管道腐蚀漏点多, ,安全隐患大改为安全隐患大改为无饱和塔工艺无饱和塔工艺 第第50页页/共共62页页存在问题n设备腐蚀n对进口气体中O2和油水等要求苛刻n阻力增加第第51页页/共共62页页第四节第四节 主要设备主要

36、设备饱和热水塔：填料塔、板式塔、填料塔饱和热水塔：填料塔、板式塔、填料塔饱和段：主要用于回收反应热，提高半水煤气的温度饱和段：主要用于回收反应热，提高半水煤气的温度 （125142),增湿半水煤气。增湿半水煤气。热水段：减湿降温（变换气）热水段：减湿降温（变换气）最佳水循环量：最佳水循环量：15-20t/t第第52页页/共共62页页饱和热水塔结构饱和热水塔结构示意图示意图传热和传质同时进行 第第53页页/共共62页页填料模型填料模型第第54页页/共共62页页垂直筛板塔内件垂直筛板塔内件第第55页页/共共62页页变换炉：气固相催化反应器变换炉：气固相催化反应器要求要求a 变换炉的处理气量尽可能大

37、。变换炉的处理气量尽可能大。b气流的阻力小、气体在炉内分布均匀。气流的阻力小、气体在炉内分布均匀。c热损失小热损失小这是稳定生产、节能降耗这是稳定生产、节能降耗的重要条件。的重要条件。d结构简单，便于制造和维修，并尽可能结构简单，便于制造和维修，并尽可能接近最适宜温度曲线。接近最适宜温度曲线。第第56页页/共共62页页变变换换护护的的构构造造广西桂林化工机械厂广西桂林化工机械厂第第57页页/共共62页页LT系列变换炉喷淋装置系列变换炉喷淋装置 采用采用CJ系列撞击流式高效雾化喷嘴进行冷激系列撞击流式高效雾化喷嘴进行冷激水的喷洒。不仅喷洒均匀，且雾化程度极高水的喷洒。不仅喷洒均匀，且雾化程度极高

38、，可将液滴直径分裂至，可将液滴直径分裂至0.1mm, 这样这样1m3水水的表面积可达的表面积可达60000m2,增大了增大了12000多倍。多倍。 第第58页页/共共62页页第六节第六节 变换系统的热能回收变换系统的热能回收一、变换工段的能量分析一、变换工段的能量分析n 在变换反应中，每反应在变换反应中，每反应1mol一氧化碳需消耗一氧化碳需消耗1mol水蒸气，在标准状态下一氧化碳反应热为水蒸气，在标准状态下一氧化碳反应热为41.49kJ/mol相当于相当于0.82mol水蒸气的焓值，这表水蒸气的焓值，这表示反应热尚不足以提供产生示反应热尚不足以提供产生lmol水蒸气所需要的水蒸气所需要的热量

39、。热量。n最大的能耗部位：热水塔之后出口变换气带出热最大的能耗部位：热水塔之后出口变换气带出热能（能（70-80）、保温热损失和排污热损失。）、保温热损失和排污热损失。第第59页页/共共62页页1. 采用优质低温催化剂，降低工艺上对过量蒸采用优质低温催化剂，降低工艺上对过量蒸汽的要求。汽的要求。2. 变换炉合理的分段、适宜的段间降温方法变换炉合理的分段、适宜的段间降温方法。3. 预防催化剂衰老和失活。预防催化剂衰老和失活。4. 加强余热回收，合理设置工艺加强余热回收，合理设置工艺流程。流程。采用新采用新型、高效饱和热水塔，提高饱和塔出口半水型、高效饱和热水塔，提高饱和塔出口半水煤气温度。煤气温

40、度。 二、降低能耗的方法二、降低能耗的方法垂直筛板塔、间壁换热式饱和塔垂直筛板塔、间壁换热式饱和塔第第60页页/共共62页页4 补充脱盐水，减少排污。补充脱盐水，减少排污。5 选择合适的热水循环量。选择合适的热水循环量。6 加强保温，降低系统的热损失。加强保温，降低系统的热损失。第第61页页/共共62页页作业n变换反应的特点有哪些？n变换工序的任务是什么？n解释变换率、平衡变换率的概念。n温度、蒸汽用量对平衡变换率的影响如何？n在变换过程中除去二氧化碳的目的是什么？n铁铬系变换催化剂的主要组成是什么？各组分的作用是什么？n催化剂为什么在使用前要进行升温还原、卸出前要钝化？n什么是最适宜温度？变换反应存在最适宜温度的原因是什么？n什么是最适宜温度温度曲线？生产中为何要求变换反应沿最适宜温度曲线进行？n加压变换有哪些优点？n在中温变换中，如何利用反应热？第第62页页/共共62页页