冷水江金富源碱业有限公司
变换岗位操作技术资料
编写  陈 军
审核  曾 华
二零零九年
目录
岗位概述……………………  1
基本理论…………………‥  5
第一节 一氧化碳中温变换…………  5
第二节 一氧化碳低温变换…………  9
正常生产操作要点………… 10
不正常情况及处理………… 15
变换催化剂………………… 19
中温变换催化剂………‥ 19
低温变换催化剂………‥ 22
罗茨鼓风机………………… 27
安全生产…………………… 29
   第一章   岗位概述
一、岗位任务
变换反应是半水煤气中的一氧化碳借助于催化剂的作用，在一定温度下，与水蒸气反应，生成二氧化碳和氢的工艺过程。通过变换既除去了一氧化碳，又得到了制合成氨的原料气氢和制纯碱的原料气二氧化碳。
二、工艺流程
1.流程简述
由高压机二段来的半水煤气（1.2MPa）经油水分离器分离油水后，由饱和塔下部进入与顶部喷淋而下的（自水加热器来）热水逆流接触，半水煤气一面被水蒸气饱和，一面被加热，出饱和塔的饱和煤气经汽水分离器分离水后进入蒸汽混合器，在此与锅炉来的过热蒸汽混合进入甲交换热器管内，与甲交换热器管间的变换气换热，再进入乙交换热器管间与管内的变换气换热，使半水煤气得到预热，然后经远红外电加热器由中变炉顶部进入，通过一、二、三段触媒完成变换反应，经过中变炉后的变换气进入乙交换热器管内，甲交换热器管间与半水煤气换热后，进入水加热器管间，与管内的循环水换热后，由低变炉顶部进入，通过一、二段触媒，中变换气中的CO与自身夹带的水蒸气继续反应，以保证所需的最终变换率，然后进入热水塔，与塔顶喷淋而下的热水逆流接触换热，使循环水得到预热，热水塔出来的变换气最后经第一、三冷凝器降温进入碳化前汽水分离罐后送碳化工序。
不合格的变换气可由第三冷凝器前放空。
煤气付线：经蒸汽混合器出来的半水煤气不经甲、乙交换热器直接进入电加热器进口管道。以降低进中变炉气体温度。
蒸汽付线：锅炉来的过热蒸汽直接进入中变炉进口管道。以降低进中变炉气体温度。
热付线：中变气不通过乙、甲交及水加热器直接进低变炉进口管道。以提高进低变炉气体温度。
低变付线：中变气不通过低变炉直接进热水塔。
 2.方框流程图
3.带控制点工艺流程图
三、主要工艺指标
温度
变换炉触煤各段热点温度波动范围　　　　±10℃
进饱和塔热水温度　　　　　　　　　　　≥130℃
热水塔出口变换气温度　　　　　　　　　≤120℃
甲交进口温度　　　　　　　　　　　　　155～170℃
低变进口温度　　　　　　　　　　　　　＞200℃
中变炉出口温度　　　　　　　　　　　　400～420℃
低变炉热点温度　　　　　　　　　　　　250±10℃
变换系统出口变换气温度　　　　　　　　30～40℃
压力
萝茨鼓风机出口压力　　　　　　　　　　≤39KPa
变换系统压力                          ≤1.20MPa
变换系统压差                          ≤0.05MPa
稳压罐压力                            ≤1.6MPa
气体成份
半水煤气             CO2≤8.5%  CO≥29.5%  O2＜0.5%  H2S≤0.05g/m3
变换气               中变出口CO≤6.5%  低变出口2.0~2.5%  CO2≥28.0%
４、饱和热水塔液位                     1/2~2/3
５、循环热水总固含量                   ＜500PPm
四、主要设备
(中变炉部分参数图)
基本理论
第一节 一氧化碳中温变换
一氧化碳变换反应的基本原理
一氧化碳变换反应是在一定条件下，半水煤气中的一氧化碳和水蒸气反应生成氢气和二氧化碳的工艺过程
       CO+H2O CO2+H2+41 kJ/mol
这是一个可逆放热反应。从化学平衡来看，降低反应温度，增加水蒸气用量，有利于上述可逆反应向生成二氧化碳和氢气的方向移动，提高平衡变换率。但是水蒸气增加到一定值后，变换率增加幅度会变小。
一氧化碳变换反应的特点
温度对变换反应的速度影响较大，而且对正逆反应速度的影响不一样。温度升高，放热反应即上述变换反应速度增加得慢，逆反应（吸热反应）速度增加得快。因此，当变换反应开始时，反应物浓度大，提高温度，可加快变换反应。在反应的后一阶段，二氧化碳和氢的浓度增加，逆反应速度加快。因此，须降低反应温度，使逆反应速度减慢。这样可得到较高的变换率。
提高变换压力，分子间的有效碰撞次数增加，可以加快变换反应速度，提高催化剂的生产能力。
一氧化碳反应的热效应
   一氧化碳与水蒸汽的反应是一个可逆的放热反应,反应热是温度的函数。不同温度下的反应热可用下式计算；
△H=-10000-0.291T+2.845×10-3T2               
-0.9703×10-6T3
式中；△H--- 反应热 J/mol
        T--- 温度  K
   由上式计算的反应热如右图；
2．一氧化碳反应的平衡常数
  可逆化学反达到平衡时，每个产物浓度系数次幂的连乘积与每个反应物浓度系数次幂的连乘积成正比，这个比值叫做平衡常数。反应进行得越完全，平衡常数就越大。=
式中yi—各组份浓度         Pi—各组份分压
  由于变换反应是一个放热反应，故平衡常数是温度的函数，且随温度的
升高而降低。在变换范围内，平衡常数可以用以下简化式计算；
㏑Kp=      由此计算出的Kp—t 图如上；
  3．一氧化碳变换反应速度
  一氧化碳变换反应只有一定的温度及物料浓度是达不到工业生产要求的，因为即使在较高的温度下反应也极慢。只有在催化剂的作用下才能使变换反应达到工业要求的速度。所以研究一氧化碳化学反应速度就研究一氧化碳在催化剂上的反应机理及速度。研究表明，总的反应过程由以下几个步骤组成；
反应组分从气相扩散到催化剂颗粒外表面。
反应向催化剂颗粒的孔内扩散。
反应在催化剂活性表面上进行催化反应。
反应产物从催化剂颗粒内孔扩散到催化剂颗粒外表面。
反应产物从催化剂颗粒外表面扩散到气相主体。
  以上过程①⑤为外扩散过程，②④为内扩散过程，③称为动力学过程。在工业生产条件下，外扩散过程对一氧化碳变换反应速度的影响可以忽略不计。虽然内扩散的阻滞影响不能忽视，但是若催化剂颗粒小，反应温度不高，内扩散的影响并不大，故一氧化碳变换反应过程可视为动力学控制。
三、一氧化碳反应变换率
 1．实际变换率
 CO变换的程度通常由变换率来表示，所谓变换率就是变换了的CO气体量与变换前气体中的CO气量之比，即；
X=×100%
经过变换反应后,总的干气量增加,增加的摩尔数等于反应消耗掉的CO摩尔数,即; 
V变=V半+V半·y半CO·x=V半(1+ y半CO·x)  代入上式
X=×100%
  从变换反应式可以看出，反应掉一份CO
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