項(xiàng)目1

合成氨生產(chǎn)任務(wù)1-6變換反應(yīng)原理與催化劑選擇《無(wú)機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)》合成氨原料氣脫硫的方法有哪些？知識(shí)回顧變換反應(yīng)原理與催化劑選擇一、變換反應(yīng)原理二、變換催化劑選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容合成氨原料氣的凈化243133原料氣的脫硫一氧化碳變換二氧化碳的脫除原料氣精制一、變換反應(yīng)原理一、變換反應(yīng)原理一氧化碳（CO）變換目的與方法目的：凈化原料氣，脫除CO；生成等摩爾的原料氣H2。方法：鐵鉻系中溫變換350-550℃；銅鋅系低溫變換200-280℃；鈷鉬系耐硫變換180-500℃。殘余CO：在原料氣精制工序脫除。新疆化肥廠外景一、變換反應(yīng)原理變換爐系統(tǒng)脫硫后原料氣的成分方法氣體成分％COH2CO2N2CH4固體燃料氣化28-3035-397-8.217-180.8-1.3甲烷轉(zhuǎn)化工藝12-1353-586-821-240.2-0.4合成反應(yīng)需要H2和N2H2+N2NH3氨合成：

一、變換反應(yīng)原理

變換理由？

若不脫除CO，在合成氨系統(tǒng)，當(dāng)溫度達(dá)300℃時(shí)，鐵催化劑存在下，能和H2反應(yīng)生成甲烷和水，造成惰性氣體增加，對(duì)合成反應(yīng)不利，其水會(huì)使合成催化劑中毒。變換之后：

將原料氣中的CO變成CO2和H2。H2是合成氨需要的原料成份，CO2在后面的脫碳和甲烷化兩個(gè)工序中除去，作為生產(chǎn)尿素或食品級(jí)CO2的原料。?一、變換反應(yīng)原理（1）氣體的凈化（脫除CO）。（2）有效氣體氫氣和二氧化碳的制備。1、可逆2、放熱3、等體積4、催化劑參與反應(yīng)特點(diǎn)任務(wù)變換反應(yīng)：+一、變換反應(yīng)原理影響CO變換率的因素1、H2O/CO2、溫度3、催化劑+變換反應(yīng)：一、變換反應(yīng)原理重要概念水蒸汽與CO的摩爾比或體積比，實(shí)際2～4。改變汽碳比是變換反應(yīng)最重要的調(diào)節(jié)手段。水蒸汽用量是變換過(guò)程最主要的消耗指標(biāo)。在滿足變換率情況下，盡可能降低汽碳比?！舅伎挤治觥孔罱K變換率是不是越高越好？為什么？或：變換氣中殘余CO含量是不是越低越好？為什么？汽碳比一、變換反應(yīng)原理重要概念：最佳反應(yīng)溫度Tm【思考分析】可逆放熱反應(yīng)必定有個(gè)最適宜溫度Tm，為什么？其Tm與對(duì)應(yīng)的平衡溫度Te之間存在如右關(guān)系。隨反應(yīng)進(jìn)行，Tm不斷降低，這和絕熱催化反應(yīng)溫度升高矛盾。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用多段變換反應(yīng)結(jié)合多段冷卻的方法進(jìn)行變換反應(yīng)。多段冷卻方式：中間換熱式、噴水冷激式，蒸汽過(guò)熱式。一、變換反應(yīng)原理【思考分析】一、變換反應(yīng)原理機(jī)理與動(dòng)力學(xué)方程:氣固相催化反應(yīng)，共分為七大宏觀步驟。其中內(nèi)擴(kuò)散及本征動(dòng)力學(xué)步驟為主要控制步驟。反應(yīng)速率

溫度：在原始組成和催化劑一定時(shí)，變換率增大、最佳溫度下降。壓力：反應(yīng)速率隨壓力的增大而增大。水碳比：當(dāng)H2O/CO比值低于4時(shí)，提高其比值，反應(yīng)速率增長(zhǎng)較快；大于4后，反應(yīng)速率增長(zhǎng)不明顯。內(nèi)擴(kuò)散的影響：同一尺寸催化劑在相同的溫度下，內(nèi)表面利用率隨壓力的增加而迅速下降。速率影響因素

一、變換反應(yīng)原理壓力：3MPa以內(nèi)，反應(yīng)速率與壓力的平方根成正比例溫度：可逆放熱反應(yīng)存在最佳反應(yīng)溫度組份濃度：H2O/CO比低于4，提高濃度，反應(yīng)速率增長(zhǎng)較快，大于4則增長(zhǎng)緩慢催化劑性質(zhì)：？一、變換反應(yīng)原理反應(yīng)速率影響因素權(quán)衡變換催化劑的選擇按組成分類中溫變換低溫變換耐硫低變鐵鉻系銅鋅系鈷鉬系按反應(yīng)溫度分類二、催化劑的選擇鐵的氧化物（80-90%）三氧化二鉻（7-11%）氧化鉀（0.2-0.4%）穩(wěn)定劑，分散在Fe3O4晶粒之間，提高Fe3O4的比表面積主活性組分，還原成Fe3O4后具有活性助催化劑，提高催化劑的活性鐵鉻系催化劑MgOAl2O3提高耐熱和耐硫性能二、變換催化劑的選擇1、鐵-鉻系中溫變換催化劑催化劑原始狀態(tài)為氧化態(tài)Fe2O3，必須首先還原為活性態(tài)Fe3O4催化劑還原反應(yīng)：Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O（g）Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2注意：耗1%H2溫升1.5℃，耗1%CO溫升7℃。

還原

還原與鈍化

鈍化反應(yīng)設(shè)備中具有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(如水蒸氣)，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。二、變換催化劑選擇

常見(jiàn)的毒物是硫的化合物

Fe3O4十3H2S十H23FeS十4H2O

催化劑中毒二、變換催化劑選擇鐵-鉻系催化劑的主要特性選擇性高強(qiáng)度比較大

抗毒能力較強(qiáng)

使用壽命長(zhǎng)

活性溫度高二、變換催化劑選擇Fe-Cr系催化劑缺點(diǎn)

①溫度高，熱損大，蒸汽消耗高，阻力大；②比低變催化劑易粉化，易中毒，壽命短；③需要大型設(shè)備，投資和維修費(fèi)用高。催生了低變催化劑生產(chǎn)工藝二、變換催化劑選擇二、變換催化劑選擇中高溫變換催化劑二、變換催化劑選擇低變催化劑二、變換催化劑選擇主要成分：CuO、ZnO、Al2O3等?；钚猿煞郑篊u操作要求：使用前須還原，防止硫化物中毒。使用溫度：200-280℃性能特點(diǎn)：活性好，H2O消耗低，但抗毒性差，使用壽命短。2、銅鋅系低溫變換催化劑二、變換催化劑選擇低變催化劑的毒物：硫化物：使催化劑永久性中毒。低變氣硫化氫應(yīng)﹤10-6。氯化物：永久性中毒。改善水質(zhì)。水蒸氣：損害催化劑的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，與銅微晶形成銅氨配合物。低變催化劑的還原與中毒二、變換催化劑選擇銅鋅系低溫變換催化劑的還原CuO(s)+H2(g)Cu(s)+H2O(g)CuO(s)+CO(g)Cu(s)+CO2(g)當(dāng)溫度＞250°C時(shí)可能發(fā)生如下反應(yīng)yCu(s)+ZnO(s)+H2(g)

-CuyZn(s)+H2O(g)二、變換催化劑選擇二、變換催化劑選擇主要成分：CoO、MoO3活性成分：CoS、MoS2

（硫化所得）操作要求：使用前硫化溫度范圍：180-500℃；性能特點(diǎn)：耐硫與抗毒性，低溫活性好。含硫原料氣可直接變換后再行脫硫。3、鈷鉬系耐硫變換催化劑二、變換催化劑選擇耐硫變換催化劑二、變換催化劑選擇耐硫變換催化劑的主要特性低溫活性好比較寬的活性溫度耐硫抗毒能力強(qiáng)使用壽命長(zhǎng)二、變換催化劑選擇低變催化劑優(yōu)點(diǎn)①催化劑量減少1/2，床層阻力小，提高了設(shè)備能力。②溫度下降，氣體體積縮小25%，阻力小，壓縮機(jī)功耗小。③換熱面積減少50%，降低了變換爐材質(zhì)要求。④解決了催化劑粉化問(wèn)題，催化劑壽命達(dá)5年。⑤有機(jī)硫轉(zhuǎn)化率提高5%。⑥操作容易，啟動(dòng)快。二、變換催化劑選擇二、變換催化劑選擇1、過(guò)篩除粉塵。裝填松緊一致。嚴(yán)禁踩踏、進(jìn)雜物。2、按規(guī)定操作，嚴(yán)防超溫。3、保持原料氣成分穩(wěn)定。變換爐溫度波動(dòng)不超過(guò)10℃；硫化物和氧含量、