煤化学产品一氧化碳变换

煤化学产品——一氧化碳变换

学院：化学与化工 专业：应用化学 班级：xxxx 姓名：x x x 学号：xxxxxxxxxx

一氧化碳变换

1 一氧化碳简介

1.1一氧化碳

carbon monoxide, CO纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。

分子量28.01，密度1.250g/l，冰点为-207℃，沸点-190℃。在水中的溶解度甚低。空气混合爆炸极限为12.5%～74%。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。

1.2电子式及结构

碳的最外层有四个电子氧的最外层有6个电子，这样碳的两个单电子进入到氧的p 轨道和氧的两个单电子配对成键，这样就形成两个键，然后氧的孤电子对进入到碳的空的P 轨道中形成一个配键，这样氧和碳之间就形成了三个键。其电子式为

:C:::O :

二、一氧化碳变换

作为城市生活用煤气，为了减小毒性，一般认为CO 的体积分数宜控制在10%以下；作为合成气，要求CO/H2有适当的比例，较高的CO 分压会增加催化剂表面的生碳，导致催化剂过早失活；当生产氢气时，则要求进行CO 变换反应。因此，对CO 含量过高的煤气化气，应设置CO 变换工序。

2.1变换反应原理

变换过程为含有C 、H 、O 三种元素的CO 和H2O 共存的系统，在CO 变换的催化反应过程中，除了主要反应

CO+H2O＝CO2+H2

以外，在某种条件下会发生CO 分解等其他副反应，分别如下： 2CO ＝C+CO2 2CO+2H2＝CH4+CO2 CO+3H2＝CH4+H2O CO2+4H2＝CH4+2H2O

这些副反应都消耗了原料气中的有效气体，生成有害的游离碳及无用的甲烷，避免副反应的最好方法就是使用选择性好的变换催化剂。

2.2变换反应的热效应

一氧化碳变换反应是一个放热反应， CO+H2O＝CO2+H2+41kJ/gmol

反应的热效应视H2O 的状态而定，若为液态水，则是微吸热反应，若是水蒸气，则为放热反应。

变换反应的反应热随温度的升高而降低，具体反应热列表如下：

表1 CO+H2O＝CO2+H2的反应热

压力对变换反应的反应热影响较小，一般不做考虑。

2.3工艺条件的选择

2.3.1变换压力

变换反应是等分子反应，故压力对平衡状态没有影响。但从动力学考虑，提高压力可使反应速度加快，生产能力增加。实践证明，压力从常压升至2.0MPa ，变换效率迅速提高，但超过此值以后再增加压力变换效率提高的不明显了。由于变换反应是气体体积增加的反应，所以从能量消耗上看，增加压力是有利的，在实际操作中，由于气化压力远高于2.0MPa ，所以变换压力是由前系统气化压力决定的。

完全可以满足变换压力的要求。

2.3.2反应温度

温度是CO 变换最重要的工艺条件，由于CO 变换为放热反应，随着CO 变换反应的进行，温度不断升高。温度开始升高时，反应速度的影响大于化学平衡的影响，故对反应有利。再继续增加温度，二者的影响相互抵消，当温度超过一定值时，化学平衡的影响大于反应速度的影响，此时CO 变换率会随温度的升高而下降。对一定类型的催化剂和气体组成而言，必将出现最大的反应速度值，与其对应的温度称为最佳反应温度。

在确定操作温度时还要考虑催化剂的最高和最低允许温度。最低允许温度是指能使反应快速进行而又能保证CO 变换率的温度，称为燃起温度。变换炉进口温度是考虑运转末期催化剂的活性而定的，通常比燃起温度高30~50℃。所以在运转初期，进口温度应尽可能接近最低允许温度。最高允许温度的选择必须考虑催化剂的活性温度范围。

随着使用时间的延长，由于催化剂中毒、老化等原因，催化剂活性降低，操作温度应适当提高。

2.3.3汽气比

汽气比是指H2O/CO，或水蒸气/干原料气的比值。

在压力、温度和空速一定时，增加汽气比，有利于提高变换率，但当增加到一定值以后，实际变换率反而下降了，这是因为增加蒸汽量以后，气体与催化剂的接触时间减少所引起的。

汽气比改变时，应注意防止蒸汽在变换炉内冷凝，气体中如含有水蒸气，当温度降低到蒸汽分压等于该温度下的饱和水蒸气压力时，就会出现冷凝，此时温度即为“露点”。压力越高，或汽气比越大，则露点越高。在生产中实际操作温度应至少高出露点20℃。

过量的水蒸气还起到热载体的作用，所以改变水蒸气的用量是调节床层温度的有效手段。但过高的汽气比会带来以下缺点：1、增加蒸汽消耗，2、增加系统阻力，降低生产能力。3、变换炉内反应温度无法维持。4、减少反应时间，降低变换率。

在实际生产中必须选取一个适宜的汽气比，它决定于以下几个因素。1、催化剂的性能，在相同的变换率下，性能好的催化剂所需蒸汽量比性能差的要少。2、在温度、压力、空速一定的条件下，当系统受平衡控制时，特别在较低温度下，加大汽气比不会提高变换率，甚至会因接触时间的减少而使出口CO 含量增加。3、为了取得相同的出口平衡CO 浓度，温度越高，所需的汽气比越大。经验表明，最适宜的汽气比，以H2O/CO计为3~4。

2.4工艺流程

从气化工段来的粗煤气，经过低压废热锅炉回收热量以后，进入变换进出口换热器换热提高进气温度，然后进入变换炉进行CO 变换反应，出来的热气体与变换炉进口气体换热降温后，分别进入蒸汽过热器、中压锅炉给水预热器、低压锅炉给水预热器进一步回收热量，然后进入分离器I 分离气体中夹带的油水杂质后，进入脱盐水预热器提高脱盐水温度，变换气温度进一步降低，分别进入分离器II 、空冷器、水冷器、分离器III 后，合格的变换气送到下一工序。

2.4.1一氧化碳常压变换流程

2.4.2一氧化碳加压变换流程