【正文】 H2O，則CO 的反應(yīng)量 △ CO 為： %60%= Nm3/100 Nm3干半水煤氣 則 CO 的總反應(yīng)量為： km 3 ??? 設(shè)氣體出催化劑床層的溫度為 360 ℃ ，取平衡溫距為 20 ℃ ，則計(jì)算所取溫度為 380 ℃ 。 出催化劑層干氣體量 ???? 由以上計(jì)算可得出催化劑干氣體組成，見(jiàn)下表 23。 可知道結(jié)果與實(shí)際所取溫度一致，故不需要進(jìn)行重復(fù)計(jì)算。 CO 變換的逆反應(yīng)活化能 E2 為 16 76433 40)(12 ? ?????? HEE 當(dāng) Xp=%時(shí)， Te=200+= K 將上面的數(shù)據(jù)代入式（ 23）可得： 4 3 3 40 2 9 16ln 9 5 76????mT tm = ℃ 。查文獻(xiàn) [1]知此時(shí)的 Kp=。 表 28 出第二變換爐第一段催化劑變換氣組成 Table27 The position of the gas outlet the first paragraph of the second shift converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計(jì) % 100 Nm3 kmol 出口溫度校核 %% %% 2 22 ????? ?? OHCO HCOK P 由上述計(jì)算可知與所取 Kp 相差不大 ， 故不重復(fù)計(jì)算。 此時(shí)所需總蒸汽量為 )( ??? 則需補(bǔ)充的蒸汽量為 = Nm3 此時(shí)總的蒸汽量為 += Nm3 由以上的計(jì)算可求出此時(shí)的入爐濕氣組成，結(jié)果見(jiàn)下表 27。 武漢工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 表 26 第一變換爐 CO 轉(zhuǎn)換最適宜溫度 Table 26 The optimal temperature for CO in the first Shift Converter Xp， % Te， K Tm， K tm， ℃ 3136 由以上數(shù)據(jù)作圖可求得最適宜溫度曲線，見(jiàn)圖 21。 表 25 第一變換爐 CO 在各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率 Table 25 The equilibrium conversion rate of CO in the first converter T， ℃ 200 230 250 270 290 310 330 350 370 400 Kp Xp， % 以 200 ℃ 為例，計(jì)算過(guò)程如下： 在 200 ℃ 時(shí)，查表知 Kp= 由式（ 21）知： 222C O H 2C O H O 2( ) ( 2 O % )( ) ( 2 O % )ppppp C A X D A XK p p A A X B A X? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? 代入數(shù)據(jù)得： ))(( ))(( OHCO HCO 2 22 ???? ?????? PP PP XX XXpp pp 解上式可得： Xp= 將以上數(shù)據(jù)作圖可得平衡曲線圖，見(jiàn)圖 21。 武漢工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 表 24 出第一變換爐催化劑變換氣濕氣組成 Table24 The position of the wet semiwater gas outlet the first converter 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合計(jì) % 100 Nm3 kmol 第一變爐熱量衡算 （ 1）第一變換爐內(nèi) CO 變換反應(yīng)放熱量為 Q1 氣體由 200 ℃ 上升到 360 ℃ ，平均溫度 tm=280 ℃ 。 入爐蒸汽量 km 3 ??? 入爐濕氣的量 += Nm3= kmol 由此可計(jì)算出入爐的濕氣組成，結(jié)果見(jiàn)下表 22。并由表 21 可知 A、C、 D 的值分別為 %、 %、 %，將 A、 C、 D 和 Kp 的值代入式（ 21）求得： B=。 武漢工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第二章 物料衡算及熱量衡算 設(shè)計(jì)條件 計(jì)算基準(zhǔn) ： 1 噸 NH3。出煤氣換熱器的半水煤氣與來(lái)自管網(wǎng)的中壓水蒸氣混合，一方面使半水煤氣溫度上升到變換反應(yīng)溫度，另一方面使半水煤氣增濕，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需要的汽氣比進(jìn)入第一變換爐發(fā)生變換反應(yīng)，在第一變換爐內(nèi) CO 的變換率變換氣換熱器 煤氣換熱器 淬冷過(guò)濾器Ⅰ 淬冷過(guò)濾器Ⅱ 第一變換爐 變換氣冷卻器 油分離器 活性炭濾油器 半水煤氣 變換氣 工段 第二變換爐 武漢工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 可達(dá)到 60%左右。 武漢工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 工藝流程簡(jiǎn)述 全低變的工藝流程示意圖見(jiàn)圖 11。 （ 3） 鹵素中毒 在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，鹵素對(duì)低變催化劑的毒害作用被人們忽視。盡管作為結(jié)構(gòu)性助催 化劑的高熔點(diǎn)氧化鉻和氧化鋁的存在，間隔體對(duì)阻止銅晶粒的長(zhǎng)大，也無(wú)濟(jì)于事。 催化劑的活性降低和中毒 （ 1） 熱燒結(jié) 當(dāng)溫度超過(guò) 280℃ 時(shí)，還原態(tài)金屬銅容易產(chǎn)生燒結(jié)，使催化劑表面積顯著減少，活性急劇下降。例如添加錳的催化劑，顯示出很高的活性和良好的耐熱性。 ZnO 有促進(jìn)催化劑活性的作用，并能起改進(jìn)銅微晶長(zhǎng)大的穩(wěn)定和分散作用。但已知純金屬銅當(dāng)加熱到足夠反應(yīng)的溫度時(shí)，會(huì)因燒結(jié)而使表面積縮小，從而失去活性。 CoMo 系寬溫變換催化劑不同于 CuZn 系低變催化劑在于它的耐硫性特別強(qiáng)，正常生產(chǎn)中對(duì)氣體中的硫含量沒(méi)有上限要求，不論多高都可以直接進(jìn)入。也可以用它取代 中變催化劑，實(shí)現(xiàn) CoMo 寬溫變換流程，還可望用于三催化劑工藝流程，以取代目前三催化劑流程中的 CuZn 系低變催化劑。 目前，中小型氮肥廠的低變催化劑均采用 CoMo系催化劑。 CO 低溫變換催化劑 低變催化劑的發(fā)展 隨著脫硫技術(shù)的進(jìn)展 ，烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化鎳催化劑在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，以及純凈合成氣的制造，特別是在 60 年代初，透平壓縮機(jī)在合成氨工業(yè)上的出現(xiàn)，大系列化合成氨工藝對(duì)原先脫除少量一氧化碳以及二氧化碳的銅堿洗工序，已顯的很復(fù)雜，氣體精制度不能達(dá)到現(xiàn)代化工廠的要求（ CO+CO210 mL?m3） ,因此從1963 年開(kāi)始，世界各國(guó)對(duì)低溫變換催化劑展開(kāi)了廣泛的研究。由于（ 115）為一放熱反應(yīng)，要對(duì)生成的熱量采取一定的措施。因此，工業(yè)上一般均采用加入一定的過(guò)量水蒸氣的方法來(lái)提高一氧化碳的變換率。目前的工業(yè)操作條件下：壓力 MPa氣壓下，溫度為 200～ 500 ℃時(shí)，壓力對(duì)于變換反應(yīng)沒(méi)有顯著的影響。對(duì)于一氧化碳含量較高的半水煤氣，開(kāi)始 反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速度，一般要在較高的溫度下進(jìn)行，而在反應(yīng)的后一階段，為了使反應(yīng)比較完全，就必須使溫度武漢工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 降低一些，工業(yè)上采取的兩段中溫變換就是根據(jù)這一概念設(shè)計(jì)確定的。 CO 變換反應(yīng)的化學(xué)平衡的影響因素： a. 溫度 溫度對(duì)變換反應(yīng)的影響較大：溫度升高，反應(yīng)速度加快。 QHCOOHCO 222 ???? 其平衡常數(shù)為 ： 2 2 2 222C O H C O HPC O H O C O H Oy y r rK y y r r?? （ 19） 式中： yi——各組分的摩爾分?jǐn)?shù) r ——?dú)怏w的逸度系數(shù) Kp——CO 的平衡常數(shù) 由于小合成氨廠的變換反應(yīng)多在壓力 MPa，溫度為 180～ 250 ℃ 條件下武漢工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 進(jìn)行的，其逸度系數(shù)接近于 1，即 ： 2221CO H rCO H Orr krr ?? （ 110） 則式（ 19）可簡(jiǎn)化為 ： 2 2 2 222C O H C O HPC O H O C O H Oy y P PK y y P P?? （ 111） 式中 ， Pi各組分的分壓 由于變換反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，考慮平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，且隨溫度的升高而降低。為 了將 CO除去，工業(yè)上采用的方法是 :在催化劑存在的條件下，利用較為廉價(jià)的水蒸氣與 CO反應(yīng)，生成 H2和 CO2。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，隨著耐硫低溫催化劑的開(kāi)發(fā)利用， “ 全低變 ” 的工藝和設(shè)備不斷完善，操作水平也進(jìn)一部提高，目前 “ 全低變 ” 工藝已進(jìn)入成熟階段。因此，一氧化碳的變換既是原料氣的凈化過(guò)程，又是原料氣制造的繼續(xù)。固體燃料氣化所得半水煤氣中的一氧化碳含量為 28%~30%，烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化為12%~13%，焦?fàn)t轉(zhuǎn)