反应速率-企业生产实际教学案例库.ppt

CO变换反应基础知识 催化剂组成：CuO:15.3～31.2%，ZnO :32～62.2%, Al2O3 :30～40.5%，少量Cr2O3。 结构：φ5×5的圆柱体；焙烧后堆积密度约为1.4～ 1.6kg/L，比表面积为60～85m2/g。 主要组分：氧化铜 活性组分：铜(铜结晶－铜微晶)----使用前需还原。 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。 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。稳定剂的作用：隔离、提高热稳定性。 * 应用化工生产技术专业 （煤化工方向） 企业生产实际教学案例库 二、变换催化剂 目 录 一、 CO水蒸气变换反应原理 变换工段装置 脱硫后原料气的成分 方法 气体成分％ CO H2 CO2 N2 CH4 固体燃料气化 28-30 35-39 7-8.2 17-18 0.8-1.3 甲烷转化工艺 12-13 53-58 6-8 21-24 0.2-0.4 合成反应需要H2和N2 H2+N2 NH3 氨合成 合成反应需要（H2－CO2）/（CO+CO2）=2.1 H2+CO CH3OH 甲醇合成 为什么进行变换？ 若不脱除CO，在合成氨系统，当温度达300℃时，铁催化剂存在下，能和H2反应生成甲烷和水，造成惰性气体增加，对合成反应不利，其水会使合成催化剂中毒。 变换之后： 将原料气中的CO变成CO2和H2。H2是合成氨需要的原料成份，CO2在后面的脱碳和甲烷化两个工序中除去，作为生产尿素或食品级CO2的原料。 一、CO水蒸气变换反应原理（CO变换反应） （1）气体的净化（脱除CO）。 （2）调整原料气体组分比例。 任务 mol kJ H CO O H CO / 2 . 41 2 2 2 + + + 催化剂 1、可逆 2、放热 3、等体积 4、催化剂参与 反应 特点 衡量一氧化碳变换程度的参数称为一氧化碳变换率，用x表示。即：已变换的一氧化碳量与变换前的一氧化碳量之比。 平衡变换率：反应达平衡时的变换率，用x*表示。 注：工业生产中实际变换率一般小于平衡变换率。 影响平衡变换率的因素 温度：温度降低，平衡变换率提高。 压力：反应为等体积反应，压力对平衡变换率无影响。 水蒸气与一氧化碳体积比：在温度一定的情况下，一氧化碳平衡变换率随提高而增加，其趋势是先快后慢。 二氧化碳量：降低CO2量，有利于提高一氧化碳的变换率。 1.变换率 （1）机理 该反应属于气固相催化反应，共分为七大宏观步骤。其中内扩散及本征动力学步骤为主要控制步骤。 反 应 速 率 （2）影响反应速率的因素 温度：在原始组成和催化剂一定时，变换率增大、最佳温度下降。实际操作中应尽量使操作温度接近于最佳温度。 压力：当气体组成和温度一定时，反应速率随压力的增大而增大。 水蒸气与一氧化碳体积比：当H2O/CO比值低于4时，提高其比值，反应速率增长较快；大于4后，反应速率增长不明显。 内扩散的影响：在相同压力下，温度升高，内表面利用率降低；相同温度和压力下，小颗粒催化剂内表面利用率高；同一尺寸催化剂在相同的温度下，内表面利用率随压力的增加而迅速下降。 影响反 应 速 率的因素 2、反应速率及影响因素 变换催化剂分类 按组成分类 中温变换 低温变换 耐硫低变 铁铬系 （3%） 铜锌系 （0.3%） 钴钼系 (1.5%) 按反应温度分类 二、变换催化剂 铁的氧化物 （80-90%） 三氧化二铬 （7-11%） 氧化钾 （0.2-0.4%） 稳定剂，分散在Fe3O4晶粒之间，提高Fe3O4的比表面积 主活性组分，还原成Fe3O4后具有活性 助催化剂，提高催化剂的活性 铁铬系催化剂 MgO Al2O3 提高耐热和耐硫性能 1、铁-铬系中温变换催化剂 催化剂原始状态为氧化态Fe2O3， 必须首先还原为活性态Fe3O4 催化剂还原 反应： Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O（g） Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 注意： 耗1%H2温升1.5℃， 耗1% CO温升7℃。 还原 还原与钝化 钝化 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( 如水蒸气)，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。 常见的毒物是硫的化合物 Fe3O4十3H2S十H2＝3FeS十4H2O 硫化物含量越多，催化剂 活性降低越大。 催化剂中毒 铁-铬系催