CO变换过程资料.ppt

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煤、天然气、渣油气化产物 5.5 一氧化碳变换过程 CO变换 5.5.1 热力学 5.5.2 催化剂 5.5.3 动力学 5.5.4 反应器 5.5.5 工艺流程 CO变换 1. CO变换: CO与水蒸汽反应生成氢气和二氧化碳的过程 (CO shift;water gas shift) 2. CO Shift步骤 (1)高温变换 转换大部分CO (2)低温变换 CO降到0.3% 3. 制造原料气 净化 CO发展过程 60年代前,铁铬催化剂 60年代后,铜锌催化剂 70年代后,钴钼系耐硫变催化剂 80年代后,凯洛格、布朗、ICI-AM-V 5.5 一氧化碳变换过程 CO变换 步骤、功能和发展 5.5.1 热力学 5.5.2 催化剂 5.5.3 动力学 5.5.4 反应器 5.5.5 工艺流程 1. 热效应 CO+ H2O ? CO2 + H2 热力学分析 =(-393.51+0)-(-110.52-241.83) =-41.19kJ/mol 2. 化学平衡 CO变换副反应 2CO?C+CO2 (CO岐化反应) CO+3H2?CH4+H2O(甲烷化反应) CO2+4H2?CH4+2H2O(甲烷化反应) 副反应如何影响热效应和平衡的要说明 5.5 一氧化碳变换过程 CO变换 步骤、功能和发展 5.5.1 热力学 (热效应和化学平衡) 5.5.2 催化剂 5.5.3 动力学 5.5.4 反应器 5.5.5 工艺流程 5.5.2 催化剂 1.中高变催化剂--铁铬系 Fe2O3-Cr2O3-K2CO3,能耐少量H2S 300~ 530℃ 有活性 催化剂形状: Φ :5~ 9 mm, h : 5~ 10 mm 棕色小圆柱 Cr2O3作用: (1)防止铁氧化物的过度还原 (2)具有更细的微孔结构及较大比表面 (3)提高耐热性,延长使用寿命 (4)提高机械强度,抑制析炭 问题:毒性较大,污染环境。 K2CO3作用: 提高催化剂 活性 耐热性 机械强度 最佳的含量是0.5% 高变催化剂的主要特征 活性:中毒反应 Fe3O4+3H2S+H2=3FeS+4H2O 强度。强度甚比活性重要 催化剂的含硫量、寿命、还原等等。 2.低变催化剂 CuO-ZnO-Cr2O3, CuO-ZnO-Al2O3 180~ 260℃ 有活性 活性组分:Cu微晶 ZnO、Cr2O3、Al2O3: 使Cu微晶高度分散,防止烧结,使细小,具有较大比表面 3.耐硫变换催化剂 特点:不需脱S,多用于重油、煤气化 Co-Mo-Al2O3 使用前预硫化(H2S) MoS2 (1)有较好的低温活性和宽的活性温度( 160~ 500℃ ) (2)有突出的耐S和抗毒性 (3)强度高 5.5 CO的变换 对合成气中CO/H2比值要求不同。 -41.19KJ/mol 5.6.1变换反应动力学 r = f(T,P,C) r = r1-r2 =k1f1(C) – k2f2(C) k1= k01exp(-E1/RT) k2= k02exp(-E2/RT) r = k1f1(x) – k2f2(x) K = k1/k2 r = k1(f1(x) –f2(x)/K) 反应条件对变换反应速率的影响 1.反应温度 T↑ ,开始k1占主导地位( k1 ↑ ),r ↑; 当T ↑继续升高到一定,k2占主导地位(k2 ↑, K ↓) ,r ↓。 当T达到Top温度下, r达到最大值。 Te:对应转化率x的平衡温度 TOP与气体原始组成、转化率及催化剂有关. 气体原始组成、催化剂一定: 反应初期转化率低,最适宜温度较高;反应后期,转化率高,最适宜温度较低。 随反应进行,转化率增加,为使反应速度快,需降低反应温度。 反应放热,分段冷却降温。 2 . 水碳比 高水碳比对反应平衡和速率均有利 水碳比不宜太高,以3~ 4为宜。 3. 压力

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