变换单元工艺知识培训

1、变换单元工艺基础知识变换单元工艺基础知识煤气化制氢联合装置煤气化制氢联合装置20162016年年3 3月月23整个过程分成几个单元：备煤：将煤按照一定的要求配备后，通过输煤皮带送到装置缓冲料仓；气化及灰水处理：煤在磨煤机中制浆，通过煤浆泵送到气化炉，进行部分氧化反应，合成气和灰水分别经过处理后送出单元或者回用；变换：经过脱尘处理的合成气在变换炉中进行变换反应；酸性气脱除：通过甲醇在低温下的特性，选择性地回收硫化氢和二氧化碳，得到粗氢；变压吸附：对粗氢进行提纯，得到纯氢；辅助部分：硫磺对酸性气进行回收处理；酸水汽提对气化洗涤水和变换、甲醇洗的酸性水进行处理，外排或者回用。4国内某厂煤制氢变换单元

2、原料气及变换气国内某厂煤制氢变换单元原料气及变换气干基干基组成：组成：5 变换反应就是一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化变换反应就是一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气。碳和氢气。 变换反应可用下式表示变换反应可用下式表示 ： CO+HCO+H2 2O O CO CO2 2+H+H2 2+Q +Q 变换反应特点是变换反应特点是放热、可逆，反应前后气体体积放热、可逆，反应前后气体体积不变不变。 67 变换单元单元采用变换单元单元采用“两台预变换两台预变换+ +两段中温变两段中温变换换+ +一段低温变换一段低温变换”的耐硫变换工艺流程，在一定的耐硫变换工艺流程，在一定温度、压力和耐硫变换催化剂的作用

3、下，将上游气温度、压力和耐硫变换催化剂的作用下，将上游气化单元来的合成气中的化单元来的合成气中的COCO和过量的水蒸汽反应生成和过量的水蒸汽反应生成H H2 2和和COCO2 2 。8 右图为国内右图为国内某厂变换反应器某厂变换反应器外观图，变换反外观图，变换反应器亦称变换炉。应器亦称变换炉。9 POX装置变换反应器为4台，分别为保护床反应器（721-R-104）、第一变换反应器（ 721-R-101 ）、第二变换反应器（ 721-R-102）及第三变换反应器（ 721-R-103）。10保护床反应器：保护床反应器： 阻挡阻挡煤粉尘、炭黑等固体杂质，吸附煤粉尘、炭黑等固体杂质，吸附As、Cl等

4、等对催化剂有毒害作对催化剂有毒害作用的组分，以保护后续耐硫变换催化剂用的组分，以保护后续耐硫变换催化剂 。第一变换反应器：第一变换反应器： 亦称高变反应器、中温变换反应器，变换反应的主反应器，将亦称高变反应器、中温变换反应器，变换反应的主反应器，将气化气化来的合成气和水蒸气在催化剂的作用下以较高的速度快速进行变换反应，来的合成气和水蒸气在催化剂的作用下以较高的速度快速进行变换反应，生成生成氢气，同时有机硫氢气，同时有机硫和氢气反应生成容易脱除的硫化氢和氢气反应生成容易脱除的硫化氢。第二、三变换反应器：第二、三变换反应器： 亦称低温变换反应器，将亦称低温变换反应器，将中变过来变换气在较低的温度下

5、进行变换，中变过来变换气在较低的温度下进行变换，生成生成氢气，尽可能氢气，尽可能将一氧化碳的浓度降低，增产氢气将一氧化碳的浓度降低，增产氢气。11低压降变换炉内的压降稳定，不受上游工段带来的水、杂质的影响可选用高活性的小颗粒催化剂：活性更高，即更容易抵抗毒物，延长催化剂寿命出口COCO含量低壳体投资低，且无催化剂粉碎情况惠炼惠炼POXPOX装置两台低变反应器采用轴径向反应器，其特点为：装置两台低变反应器采用轴径向反应器，其特点为：12 变换反应为放热的可逆反应，符合变换反应为放热的可逆反应，符合反应反应平衡机理平衡机理。 化学平衡的定义化学平衡的定义: :是指在宏观条件一定的可逆是指在宏观条件

6、一定的可逆反应中，反应中，化学反应正逆反应速率相等化学反应正逆反应速率相等，反应物和反应物和生成物各组分浓度不再改变生成物各组分浓度不再改变的状态。的状态。 13 勒夏特列原理又名勒夏特列原理又名“平衡移动原理平衡移动原理” ” 。 如果改变影响平如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。种改变的方向移动。 勒夏特列原理是指在一个平衡体系中，若勒夏特列原理是指在一个平衡体系中，若改变影响平衡的一个条件，平衡总是要向能够减弱这种改变的方改变影响平衡的一个条件，平衡总是要向能够减弱这种改变的方向移

7、动。比如一个可逆反应中，当增加反应物的浓度时，平衡要向移动。比如一个可逆反应中，当增加反应物的浓度时，平衡要向正反应方向移动，平衡的移动使得增加的反应物浓度又会逐步向正反应方向移动，平衡的移动使得增加的反应物浓度又会逐步减少；但这种减弱不可能消除增加反应物浓度对这种反应物本身减少；但这种减弱不可能消除增加反应物浓度对这种反应物本身的影响，与旧的平衡体系中这种反应物的浓度相比而言，还是增的影响，与旧的平衡体系中这种反应物的浓度相比而言，还是增加了。加了。勒夏特列原理14 对于化学反应mA+nB pC+qD在一定温度下达到化学平衡时。其平衡常数表达式：151 1）浓度浓度增加增加某一物质的浓度，则

8、反应向着减少此物质浓度的方向进行。某一物质的浓度，则反应向着减少此物质浓度的方向进行。 2 2）压力）压力增加增加某一气态反应物的压力，则反应向着减少此反应物压力的某一气态反应物的压力，则反应向着减少此反应物压力的方向进行方向进行。 3 3）温度）温度升高升高反应温度，则反应向着减少产生热量的方向进行。反应温度，则反应向着减少产生热量的方向进行。4 4）催化剂）催化剂仅仅改变反应进行的速度，不影响平衡的改变，即对正逆反应的改变反应进行的速度，不影响平衡的改变，即对正逆反应的影响程度是一样影响程度是一样的。的。影响反应平衡的因素：影响反应平衡的因素：16 反应介质浓度对变换反应的影响，此处引入水

9、汽反应介质浓度对变换反应的影响，此处引入水汽比的概念。比的概念。（1 1）定义：是指）定义：是指水蒸汽与合成气中干基工艺气的摩水蒸汽与合成气中干基工艺气的摩尔比尔比。（2 2）计算方法：水蒸汽摩尔数计算方法：水蒸汽摩尔数/ /工艺气摩尔数工艺气摩尔数( (精确）精确） 或或 在饱和状态下：在饱和状态下：P P水水/(P/(P总总P P水）（粗略）；水）（粗略）； 例如例如：合成气的压力：合成气的压力: 5.8MPa: 5.8MPa。 合成气的温度：合成气的温度：240240。 怎算水汽比？首先查怎算水汽比？首先查240240的饱和蒸汽压力是多少？的饱和蒸汽压力是多少？（3.344MPa.3.344MPa.） 此时，此时，对应的水汽比为：对应的水汽比为：3.344/(5.8-3.344)=1.33.344/(5.8-3.344)=1.3 17影响影响水气比的水气比的因素：因素： （1 1）压力压力：在温度不变情况下：在温度不变情况下，压力，压力升高，升高，饱和蒸汽饱和蒸汽的分压不变的分压不变，气体的分压增大，水汽，气体的分压增大，水汽比比减小，反之亦然减小，反之亦然。 （2 2）温度温度：在压力不变的情况下，合成气：在压力不变的情况下，合成气温度升高，气体温度不变温度升高，气体温度不变，水的饱和蒸气压，水的饱和蒸气压增增大，水汽比大，水汽比增大，反之亦然增大，反之亦然。