1、緒論緒論合成氣的生產（煤氣氣化）合成氣的生產（煤氣氣化）合成氣的凈化合成氣的凈化合成氣系化學品合成氣系化學品合成氣合成氣是以氫氣、一氧化碳為主要組分供化學合是以氫氣、一氧化碳為主要組分供化學合成用的一種原料氣。成用的一種原料氣。合成氣的生產和應用在化學工業(yè)中具有極為重要合成氣的生產和應用在化學工業(yè)中具有極為重要的地位。自的地位。自1913年用合成氣生產氨后，合成甲醇，年用合成氣生產氨后，合成甲醇，費托法生產液體燃料費托法生產液體燃料，羰基合成法生產脂肪醛和，羰基合成法生產脂肪醛和醇，甲醛羰基化生產醋酸等工藝過程相繼開發(fā)成醇，甲醛羰基化生產醋酸等工藝過程相繼開發(fā)成功。功。70年代石油漲價以后，又

2、提出了年代石油漲價以后，又提出了“碳一化學碳一化學”的概念。的概念。C1化學化學，就是以分子中只含一個碳原子的化合物，就是以分子中只含一個碳原子的化合物（如（如CO、CH3OH等）為原料來合成化工產品的等）為原料來合成化工產品的化學體系。化學體系。因此近年來不僅研究以因此近年來不僅研究以合成氣合成氣，也研究也，也研究也甲醇甲醇作為重要的作為重要的基礎原料，用以合成一系列以基礎原料，用以合成一系列以乙烯乙烯為基礎原料的基本有機為基礎原料的基本有機化工產品?；ぎa品。由此可知，通過由此可知，通過碳一化學路線合成醇、醛、酸、酮等含氧碳一化學路線合成醇、醛、酸、酮等含氧化合物及其衍生物化合物及其衍生物

3、等，雖然其經濟性尚不能與石油化工競等，雖然其經濟性尚不能與石油化工競爭，但爭，但對開發(fā)煤資源具有重要的意義對開發(fā)煤資源具有重要的意義，也展示了新一代的，也展示了新一代的煤化工技術。煤化工技術。合成氣由含碳礦質如煤、石油、天然氣以及焦爐煤氣、煉合成氣由含碳礦質如煤、石油、天然氣以及焦爐煤氣、煉廠氣等轉化而得。廠氣等轉化而得。按合成氣的不同來源、組成和用途，它按合成氣的不同來源、組成和用途，它們也可成為煤氣、合成氨原料氣、甲醇合成氣等。合成氣們也可成為煤氣、合成氨原料氣、甲醇合成氣等。合成氣的原料范圍極廣，生產方法甚多，用途不一。組成（體積的原料范圍極廣，生產方法甚多，用途不一。組成（體積%）有很

4、大差別：）有很大差別：H23267、CO1057、CO2228、CH40.114、N20.623一、概述一、概述第二次世界大戰(zhàn)前，合成氣主要以第二次世界大戰(zhàn)前，合成氣主要以煤為原料煤為原料生產的。生產的。戰(zhàn)后，主要采用含氫更高的戰(zhàn)后，主要采用含氫更高的液化烴液化烴（石油加工餾分）（石油加工餾分）或或氣態(tài)烴氣態(tài)烴（天然氣）作原料。（天然氣）作原料。70年代以來，煤氣化法又受到重視，新技術及各種新年代以來，煤氣化法又受到重視，新技術及各種新的大型裝置相繼出現，顯示出煤在合成氣原料中的比的大型裝置相繼出現，顯示出煤在合成氣原料中的比重今后將有可能增長，但目前仍主要從烴類生產合成重今后將有可能增長，但

5、目前仍主要從烴類生產合成氣，所用方法主要為氣，所用方法主要為蒸汽轉化和部分氧化蒸汽轉化和部分氧化。國內在中、小型合成氨生產中國內在中、小型合成氨生產中，主要還是用煤作為制，主要還是用煤作為制取合成氨原料氣的。取合成氨原料氣的。中國合成氨原料構成是以煤、焦中國合成氨原料構成是以煤、焦炭為主。炭為主。包括三部分：包括三部分：煤氣化、蒸汽轉化、部分氧化法煤氣化、蒸汽轉化、部分氧化法。表表1 中國合成氨的原料構成中國合成氨的原料構成/%年份年份煤、焦炭煤、焦炭渣油、石腦油渣油、石腦油天然氣、焦爐氣天然氣、焦爐氣其他其他198560.9915.0922.170.75199063.4716.9419.52

6、0.07199565.4014.4019.800.40煤的氣化是一個熱化學過程，即用氧或含氧化合物（如水煤的氣化是一個熱化學過程，即用氧或含氧化合物（如水蒸氣、二氧化碳）通過高溫的煤層或焦炭層，使燃料中的蒸氣、二氧化碳）通過高溫的煤層或焦炭層，使燃料中的有機物氧化，并轉化生成含有有機物氧化，并轉化生成含有H2、CO等可燃氣體的過程。等可燃氣體的過程。根據所用氣化劑及煤氣成分、熱值的不同，生產的煤氣可根據所用氣化劑及煤氣成分、熱值的不同，生產的煤氣可分為：分為：空氣煤氣、混合煤氣、水煤氣以及半水煤氣空氣煤氣、混合煤氣、水煤氣以及半水煤氣等等 ?？諝饷簹??？諝饷簹?。 約含約含50%的的N2，一定量

7、的，一定量的CO 及少量及少量CO2和和H2。水煤氣。水煤氣。H2和和CO含量約占含量約占85%?；旌厦簹?。主要用作工業(yè)氣體燃料?；旌厦簹?。主要用作工業(yè)氣體燃料。半水煤氣。半水煤氣。 將空氣煤氣和水煤氣按將空氣煤氣和水煤氣按H2+CO與與N2物質的量比物質的量比3.13.2的比例進行復配。的比例進行復配。一、煤氣化的基本過程一、煤氣化的基本過程煤或焦炭、半焦等固體燃料，在高溫常壓煤或焦炭、半焦等固體燃料，在高溫常壓或加壓條件下，與氣化劑反應轉化為合成或加壓條件下，與氣化劑反應轉化為合成氣。固體燃料的氣化過程是在氣化爐內進氣。固體燃料的氣化過程是在氣化爐內進行的（煤氣發(fā)生爐）。氣化過程如圖所示：

8、行的（煤氣發(fā)生爐）。氣化過程如圖所示：爐體水夾套灰盤爐柵燃料準備層灰渣其各層的反應如下：其各層的反應如下：氧化層：氧化層： C+O2=CO2 2C+O2=2CO還原層：還原層： CO2+C=2CO H2O+C=CO+H2 2H2O+C=CO2+2H2 CO+H2O=CO2+H2逆流操作：逆流操作： 充分利用煤氣的顯熱進行干燥和干餾，又利用灰渣的顯熱預充分利用煤氣的顯熱進行干燥和干餾，又利用灰渣的顯熱預熱氣化劑，從而提高爐子的熱效。熱氣化劑，從而提高爐子的熱效。1、按氣化方式分：、按氣化方式分：固定床、流化床、氣流床固定床、流化床、氣流床等等2、按原料的粒度分：塊煤、細粒煤和粉煤。、按原料的粒度

9、分：塊煤、細粒煤和粉煤。3、按氣化的排渣方式分：固態(tài)排渣和液態(tài)排、按氣化的排渣方式分：固態(tài)排渣和液態(tài)排渣。渣。4、按氣化壓力分：常壓和加壓。、按氣化壓力分：常壓和加壓。5、按氣化爐的供熱方式分：內熱式和外熱式。、按氣化爐的供熱方式分：內熱式和外熱式。6、按氣化劑的種類分：（、按氣化劑的種類分：（如下如下）表表2 按氣化劑的種類分類按氣化劑的種類分類 氣化煤氣名稱氣化煤氣名稱氣化劑種類氣化劑種類煤氣主要成分煤氣主要成分煤氣主要用途煤氣主要用途空氣煤氣空氣煤氣空氣空氣CO、N2工業(yè)燃氣工業(yè)燃氣混合爐氣混合爐氣空氣空氣-水蒸氣水蒸氣CO、H2、N2工業(yè)燃氣工業(yè)燃氣水煤氣水煤氣水蒸氣水蒸氣CO、H2化

10、工原料氣、城市燃氣化工原料氣、城市燃氣補充氣源補充氣源蒸氣蒸氣-氧氣煤氣氧氣煤氣氧氣氧氣-水蒸氣水蒸氣CO、H2化工原料氣、城市燃氣化工原料氣、城市燃氣補充氣源補充氣源代用天然氣代用天然氣氫氣氫氣CH4、CmHn、H2城市燃氣城市燃氣將煤在氣化爐內的運動方式分為：將煤在氣化爐內的運動方式分為：固定床（移動床）固定床（移動床）氣化法、流化床氣化法、氣流床氣化法氣化法、流化床氣化法、氣流床氣化法。其相應的。其相應的氣化設備為：氣化設備為：固定床氣化爐固定床氣化爐：UGI煤氣化爐，魯奇煤氣化爐等；煤氣化爐，魯奇煤氣化爐等；流化床氣化爐流化床氣化爐：溫克勒氣化爐等；：溫克勒氣化爐等；氣流床氣化爐氣流床

11、氣化爐：K-T煤氣化爐，德士古煤氣化爐等。煤氣化爐，德士古煤氣化爐等。這是一種這是一種常壓固定床煤氣化設備常壓固定床煤氣化設備。爐子為直立圓筒形結構。爐體用爐子為直立圓筒形結構。爐體用鋼板制成，下部設有水夾套以回鋼板制成，下部設有水夾套以回收熱量、副產蒸汽；上部內襯耐收熱量、副產蒸汽；上部內襯耐火材料，爐底設轉動爐篦排灰?；鸩牧?，爐底設轉動爐篦排灰。氣化劑可以從底部或頂部進入爐氣化劑可以從底部或頂部進入爐內內，生成氣相應地從頂部或底部，生成氣相應地從頂部或底部引出。以空氣、蒸汽、為氣化劑引出。以空氣、蒸汽、為氣化劑制取半水煤氣或水煤氣時，都采制取半水煤氣或水煤氣時，都采用用間歇式間歇式操作方法

12、。操作方法。UGI爐氣化溫度為爐氣化溫度為10001250，以無煙煤為原料時，甲烷、煤焦以無煙煤為原料時，甲烷、煤焦油及酚才含量均較低。為避免堵油及酚才含量均較低。為避免堵塞煤層或氣流分布不均，需采用塞煤層或氣流分布不均，需采用一定粒徑范圍的煤塊。一定粒徑范圍的煤塊。UGI爐結構簡單，易于操作，熱爐結構簡單，易于操作，熱效率較低。但每平方米爐膛面積效率較低。但每平方米爐膛面積的半水煤氣發(fā)生量約的半水煤氣發(fā)生量約1000m3h-1，生產強度較低。生產強度較低。氣化劑UGI爐的缺點：爐的缺點：要求使用熱穩(wěn)定性好，灰熔點高的塊狀無煙煤或焦炭，要求使用熱穩(wěn)定性好，灰熔點高的塊狀無煙煤或焦炭，不能使用其

13、它劣質煤等原料和粉煤。不能使用其它劣質煤等原料和粉煤。該爐齒輪轉動部件磨損嚴重，維修量大，底盤內易結疤，該爐齒輪轉動部件磨損嚴重，維修量大，底盤內易結疤，清除困難。清除困難。間歇法生產，單爐生產能力低，不易大型化。間歇法生產，單爐生產能力低，不易大型化。常壓氣化，原料氣壓縮功耗能大。常壓氣化，原料氣壓縮功耗能大。間歇操作、生產管理難度大。間歇操作、生產管理難度大。塊煤給進氣化爐頂部的閘斗倉，在塊煤給進氣化爐頂部的閘斗倉，在進入氣進入氣化爐之前增壓化爐之前增壓。旋轉的煤分配器確保煤在反應器各處均布旋轉的煤分配器確保煤在反應器各處均布煤緩慢下移到氣化爐。當煤緩慢下移到氣化爐。當煤下移時煤下移時，由

14、經，由經床層向上流動的燃料氣加溫；煤就被不斷床層向上流動的燃料氣加溫；煤就被不斷干燥和揮去揮發(fā)分，然后氣化。干燥和揮去揮發(fā)分，然后氣化。床層底部緊靠爐蓖的上面是氣化爐最熱的床層底部緊靠爐蓖的上面是氣化爐最熱的地方地方1000，在此處燃燒任何剩余的煤，在此處燃燒任何剩余的煤，產生的產生的CO2與床層中的碳起反應形成與床層中的碳起反應形成CO?；矣尚D爐蓖排出并在閘斗倉中減壓。蒸灰由旋轉爐蓖排出并在閘斗倉中減壓。蒸汽和汽和O2被向上吹，通過爐蓖為氣化過程被向上吹，通過爐蓖為氣化過程提供氧化劑。提供氧化劑。所產生的氣體在所產生的氣體在300-500離開氣化爐，離開氣化爐，利用水淬冷進行冷卻和洗滌。該

15、氣化爐由利用水淬冷進行冷卻和洗滌。該氣化爐由水夾套圍繞，水夾套產生的蒸汽可用于工水夾套圍繞，水夾套產生的蒸汽可用于工藝過程中。藝過程中。加壓連續(xù)魯奇爐加壓氣化城市煤氣生產裝置魯奇爐的優(yōu)點：魯奇爐的優(yōu)點：加壓操作，氣化劑在爐內的流速降低，故可使用粒加壓操作，氣化劑在爐內的流速降低，故可使用粒度為度為220mm小塊煤造氣。對煤的適應性較強。小塊煤造氣。對煤的適應性較強。無煙煤、煙煤、褐煤、機械強度和熱穩(wěn)定性差的煤無煙煤、煙煤、褐煤、機械強度和熱穩(wěn)定性差的煤都適用。都適用。節(jié)省煤氣輸送的動力消耗。節(jié)省煤氣輸送的動力消耗。單爐產氣量大。單爐產氣量大。魯奇爐的缺點：魯奇爐的缺點：不能使用粘結性強，熱穩(wěn)定

16、性差，灰熔點低的煤及不能使用粘結性強，熱穩(wěn)定性差，灰熔點低的煤及粉煤。粉煤。所制得的煤氣中所制得的煤氣中CH4含量高。一般可達含量高。一般可達8%10%。如作為合成氨原料氣，需增設甲烷轉化或脫除裝置，如作為合成氨原料氣，需增設甲烷轉化或脫除裝置，且伴有大量焦油和含氰廢水排出，相應地增加了脫且伴有大量焦油和含氰廢水排出，相應地增加了脫除焦油及三廢治理的費用。除焦油及三廢治理的費用。溫克勒爐溫克勒爐燃料在閘斗倉內加壓，然后儲燃料在閘斗倉內加壓，然后儲存加料倉里，之后再螺旋給入存加料倉里，之后再螺旋給入氣化爐。氣化爐的底部是流化氣化爐。氣化爐的底部是流化床，流化介質是空氣或床，流化介質是空氣或O2和

17、和蒸汽。氣體與固體向上流至反蒸汽。氣體與固體向上流至反應器，在這里再加入空氣應器，在這里再加入空氣/O2和蒸汽來完成氣化反應。之后和蒸汽來完成氣化反應。之后將粗合成氣在除塵器里除塵并將粗合成氣在除塵器里除塵并冷卻。在除塵器中脫除的固體冷卻。在除塵器中脫除的固體回至氣化爐底部。用螺旋除灰回至氣化爐底部。用螺旋除灰器將灰從氣化爐底部排出器將灰從氣化爐底部排出。溫克勒爐優(yōu)點溫克勒爐優(yōu)點：沸騰層溫度分布均勻，近似等溫操作。氣化劑與沸騰層溫度分布均勻，近似等溫操作。氣化劑與煤以沸騰床方式進行氣化，常壓操作，溫度煤以沸騰床方式進行氣化，常壓操作，溫度9001000，煤在爐中停留時間，煤在爐中停留時間0.5

18、1h。生成氣中生成氣中甲烷含量較低，不含焦油甲烷含量較低，不含焦油。溫克勒爐缺點：溫克勒爐缺點：需用活性褐煤為原料，爐內存在嚴重逆向混合，需用活性褐煤為原料，爐內存在嚴重逆向混合，灰渣中殘?zhí)苛扛撸瑲饣实?。目前，灰渣中殘?zhí)苛扛?，氣化效率低。目前，合成氨廠合成氨廠較少采用。較少采用。屬于氣流床煤氣化典型爐型之一。特征是對于屬于氣流床煤氣化典型爐型之一。特征是對于氣化的原料適應性強，各種煤和焦、液態(tài)和氣氣化的原料適應性強，各種煤和焦、液態(tài)和氣態(tài)的烴，有態(tài)的烴，有萬能爐萬能爐之稱。這是一種之稱。這是一種高溫氣流床高溫氣流床熔融排渣煤氣化設備熔融排渣煤氣化設備。采用氣。采用氣-固相并流接觸，固相并流

19、接觸，煤和氣化劑在爐內停留時間僅煤和氣化劑在爐內停留時間僅幾秒鐘幾秒鐘。屬于氣流床煤氣化典型爐型之一屬于氣流床煤氣化典型爐型之一煤粉與氣化劑混合，從爐子兩側水平方向以射流形煤粉與氣化劑混合，從爐子兩側水平方向以射流形式噴入爐內，立即著火，中心溫度高達式噴入爐內，立即著火，中心溫度高達2000。灰渣中的一半以熔渣形式排入灰渣中的一半以熔渣形式排入水封槽水封槽，另一半隨生，另一半隨生成氣帶出爐外。出爐口時，先成氣帶出爐外。出爐口時，先用水急冷用水急冷到熔渣固化到熔渣固化點點(1000)以下，防止粘結在緊接爐出口的輻射以下，防止粘結在緊接爐出口的輻射鍋爐爐壁，然后進入對流鍋爐鍋爐爐壁，然后進入對流鍋

20、爐回收廢熱回收廢熱,最后去除最后去除塵和氣體凈化系統(tǒng)。塵和氣體凈化系統(tǒng)。K-T爐最關鍵的問題是爐襯耐火材料與煤的灰熔點爐最關鍵的問題是爐襯耐火材料與煤的灰熔點和灰組成必須相適應，盡量減少熔渣對耐火材料的和灰組成必須相適應，盡量減少熔渣對耐火材料的侵蝕作用。侵蝕作用。K-T煤氣化爐煤氣化爐單爐生產能力大單爐生產能力大。缺點：耗氧量大。缺點：耗氧量大。燃燒室激冷室德士古爐主要特征是將煤制成德士古爐主要特征是將煤制成70%的水煤漿，與純氧一道的水煤漿，與純氧一道通過特殊設計的噴嘴噴入爐中。氣化反應溫度為通過特殊設計的噴嘴噴入爐中。氣化反應溫度為13501500，壓力為，壓力為1.8 3.6 MPa或

21、更高的條件。屬或更高的條件。屬于氣流式自熱反應器。于氣流式自熱反應器。該爐的獨特優(yōu)點：比該爐的獨特優(yōu)點：比K-T爐設備結構簡單，生產能力更大，爐設備結構簡單，生產能力更大，對原料適應能力強對原料適應能力強。特點：特點：氣化強度高；生成氣壓力較高，節(jié)省后續(xù)工序的動力；氣化強度高；生成氣壓力較高，節(jié)省后續(xù)工序的動力；原料適應性廣，既可采用不同的煤種，也可使用煤加氫原料適應性廣，既可采用不同的煤種，也可使用煤加氫液化后的殘渣；液化后的殘渣；把固體煤制成水煤漿流體輸送，簡化了把固體煤制成水煤漿流體輸送，簡化了加壓進料裝置；加壓進料裝置；廢水中不含焦油和酚，環(huán)境污染不嚴重。廢水中不含焦油和酚，環(huán)境污染不

22、嚴重。 噴嘴是該爐的心臟設備。由三根同心沿軸漸縮的噴管組成，氧氣走中心管和外環(huán)隙，中心管導入15%氧氣，外環(huán)管導入85%氧氣，水煤漿走內環(huán)隙，氧氣和水煤氣并流入爐。設計良好的噴嘴使碳轉化率達99%。間歇式抽取半水煤氣一般包括間歇式抽取半水煤氣一般包括6個階段個階段：吹風階段吹風階段：吹入空氣，提高燃料層溫度，吹風放空。：吹入空氣，提高燃料層溫度，吹風放空。蒸汽吹凈蒸汽吹凈：將空氣趕凈，提高煤氣質量。：將空氣趕凈，提高煤氣質量。蒸汽一次上吹蒸汽一次上吹：自下而上送入水蒸氣進行氣化反應，燃料層下部溫度：自下而上送入水蒸氣進行氣化反應，燃料層下部溫度下降，上部溫度上升。下降，上部溫度上升。蒸汽下吹蒸

23、汽下吹：水蒸氣自上而下進行氣化反應，使得燃料層溫度趨于均勻。：水蒸氣自上而下進行氣化反應，使得燃料層溫度趨于均勻。蒸汽二次上吹蒸汽二次上吹：將爐底部的下吹煤氣排凈，為吹入空氣作準備。：將爐底部的下吹煤氣排凈，為吹入空氣作準備?？掌祪艨掌祪簦捍瞬糠执碉L氣加以回收，作為半水煤氣中：此部分吹風氣加以回收，作為半水煤氣中N N2 2的主要來源。的主要來源。階段階段閥門開閉情況閥門開閉情況1234567吹風吹風蒸汽吹凈蒸汽吹凈一次上吹一次上吹下吹下吹二次上吹二次上吹空氣吹凈空氣吹凈閥門開啟；閥門開啟；閥門關閉閥門關閉碳與氧的反應碳與氧的反應mol/kJ183.283,21COmol/kJ284.17

24、2,2COCmol/kJ595.110,21Cmol/kJ770.393,298222982298229822HCOOHCOHCOOHCOOC燃燒反應不完全燃燒反應CO2的還原反應CO的燃燒反應一次反應二次反應碳與水蒸氣的反應碳與水蒸氣的反應 當水蒸氣通入熾熱的碳時發(fā)生如下主要反應：當水蒸氣通入熾熱的碳時發(fā)生如下主要反應：mol/kJ19.41,)(mol/kJ20.90,2)(2mol/kJ39.131,)(29822229822229822HHCOgOHCOHHCOgOHCHHCOgOHC水煤氣反應水煤氣平衡反應或CO變換反應生成甲烷的反應（氣體間的均相反應）生成甲烷的反應（氣體間的均相反

25、應） 氣化煤氣中的甲烷，氣化煤氣中的甲烷，一部分來自氣化原料一部分來自氣化原料揮發(fā)物的熱裂解產物，揮發(fā)物的熱裂解產物，另一部分是爐內的碳與另一部分是爐內的碳與氣化劑或產物中的氫的反應的結果氣化劑或產物中的氫的反應的結果。mol/kJ38.82,22mol/kJ10.165),(24mol/kJ29.206),(3mol/kJ90.74,2298242298242229824229842HCOCHHCOHgOHCHHCOHgOHCHHCOHCHHC氣化反應的平衡狀態(tài)是氣化反應進行的限度，當氣化反應氣化反應的平衡狀態(tài)是氣化反應進行的限度，當氣化反應尚未達到平衡時，氣化的推動力較大。達到平衡時就達到

26、尚未達到平衡時，氣化的推動力較大。達到平衡時就達到了極限。了極限。氣化反應的平衡狀態(tài)既表明了變化的方向，也表氣化反應的平衡狀態(tài)既表明了變化的方向，也表明了反應的限度，是研究氧化反應可能性的關鍵明了反應的限度，是研究氧化反應可能性的關鍵。 表表3 以空氣為氣化劑的平衡常數以空氣為氣化劑的平衡常數以空氣為氣化劑表表4 總壓總壓0.1MPa時，空氣煤氣的平衡組成（時，空氣煤氣的平衡組成（V）/%溫度溫度/CO2CON2=CO/(CO+CO2)65010.816.972.361.08001.631.966.595.29000.434.165.598.810000.234.465.499.4表5 以水蒸

27、氣為氣化劑的平衡常數以水蒸所為氣化劑以水蒸所為氣化劑達到平衡，等量的H2和CO，其他組分為0溫度相同而壓力增加時，H2O、CO2和CH4含量增加，H2和CO減少。故欲制得H2和CO含量高的水煤氣，反應在低壓高溫下。產CH4高，反應在低溫高壓下進行。固體燃料中的碳和氣化劑在煤氣發(fā)生爐中進行的反固體燃料中的碳和氣化劑在煤氣發(fā)生爐中進行的反應，屬于氣固相應，屬于氣固相多相反應多相反應，其反應速度的大小，不，其反應速度的大小，不僅與碳和氣化劑的化學反應速度有關，同時還受氣僅與碳和氣化劑的化學反應速度有關，同時還受氣化劑向碳表面擴散速度的影響?；瘎┫蛱急砻鏀U散速度的影響。通常煤氣化的反應速度用反應速度來

28、衡量。即以通常煤氣化的反應速度用反應速度來衡量。即以單單位時間單位反應面積所產生的反應物質量位時間單位反應面積所產生的反應物質量來表示。來表示。若該反應歷程由多個步驟組成，則反應速度取決于若該反應歷程由多個步驟組成，則反應速度取決于最慢的一步。若該步為化學過程控制，則總反應受最慢的一步。若該步為化學過程控制，則總反應受動力學控制動力學控制；為物理過程控制，則總反應受；為物理過程控制，則總反應受擴散控擴散控制制。1、碳與氧的反應速度、碳與氧的反應速度研究表明，碳與氧生成二氧化碳的反應速度研究表明，碳與氧生成二氧化碳的反應速度rC大致大致可表示為：可表示為：)/exp(22RTEATkknppkr

29、NssOnOnsc求得修正的阿累尼烏斯公式反應速度常數，可按反應級數；反應氣體氧的分壓；式中：氣化劑一定，反應的活化能取決于燃料的種類、結構和雜質含量。活化能數值一般按無煙煤、活性炭、煙煤、褐煤的順序遞減。在高溫下在高溫下k值相當大，此時反應受擴散控制。碳值相當大，此時反應受擴散控制。碳和氧的燃燒機理比較復雜，燃燒產物和氧的燃燒機理比較復雜，燃燒產物CO、CO2的量符合的量符合經驗公式經驗公式：反應溫度，的濃度；、分別為燃燒氣中、式中：TCOCO)/6249exp(2500222COCOCOCOccTcc當溫度高于1000 時，燃燒產物主要為時，燃燒產物主要為CO，而在而在500 以下低溫時燃

30、燒產物主要為以下低溫時燃燒產物主要為CO2。研究表明：碳與氧的反應溫度在775 以下，屬于動力學控制，以下，屬于動力學控制，高于高于900 ，屬于擴散控制。若操作條件介于擴散控制和動力學，屬于擴散控制。若操作條件介于擴散控制和動力學控制之間，反應處于過渡階段，同時受到上述兩種因素控制?？刂浦g，反應處于過渡階段，同時受到上述兩種因素控制。2、碳與水蒸氣的反應速度、碳與水蒸氣的反應速度碳與水蒸氣反應屬于非均相反應，分二個階段進行。碳與水蒸氣反應屬于非均相反應，分二個階段進行。第一階段：水蒸氣在碳表面的物理吸附；第一階段：水蒸氣在碳表面的物理吸附；第二階段：吸附的水與碳作用，生成碳氧配合物（第二階

31、段：吸附的水與碳作用，生成碳氧配合物（CxOy）。此配合物）。此配合物既可在高溫下分解，也可與氣相中水蒸氣反應生成既可在高溫下分解，也可與氣相中水蒸氣反應生成CO。碳與水蒸氣的反應遵循碳與水蒸氣的反應遵循Langmuir-Hinshelwood機理，反應速度如下：機理，反應速度如下：。水蒸氣的吸附平衡常數氫的吸附平衡常數；反應速度常數；氫和水蒸氣的分壓；和反應速度；式中：32132122222221kkkpprpkpkpkrOHHOHOHHOHOH反應中氫起到“抑制劑”作用。所以，碳與水蒸氣反應，在4001000 ，反應較慢，反應較慢，受動力學控制。當受動力學控制。當超過超過1000 ，反應速

32、度較快，受擴散控制。反應速度較快，受擴散控制。氣化過程的工藝條件，隨著燃料反應活性、粒度、氣化過程的工藝條件，隨著燃料反應活性、粒度、灰熔點、機械強度、熱穩(wěn)定性不同而差異。影響工灰熔點、機械強度、熱穩(wěn)定性不同而差異。影響工藝過程的因素很多。故衡量氣化過程的好壞主要依藝過程的因素很多。故衡量氣化過程的好壞主要依據：據：半水煤氣的質量半水煤氣的質量；單爐產氣量單爐產氣量；燃料及蒸汽的消耗燃料及蒸汽的消耗。溫度。溫度。從化學平衡看，高溫時，煤氣中從化學平衡看，高溫時，煤氣中CO和和H2含量高，含量高，水蒸汽含量低。從反應速度看，溫度增高反應加快。水蒸汽含量低。從反應速度看，溫度增高反應加快。蒸汽分解

33、率高，煤氣產量高，質量好。蒸汽分解率高，煤氣產量高，質量好。高溫導致吹風氣溫較高，造成熱損失大。高溫導致吹風氣溫較高，造成熱損失大。吹風速度。吹風速度。碳在氧化層燃料屬于擴散控制。提高吹風速度使反碳在氧化層燃料屬于擴散控制。提高吹風速度使反應加速，使應加速，使CO2停留時間減少，降低吹風氣中停留時間減少，降低吹風氣中CO含量及熱量損失。含量及熱量損失。適宜的吹風量由工業(yè)實驗確定。適宜的吹風量由工業(yè)實驗確定。蒸汽用量。蒸汽用量。煤氣的質量與產量隨著煤氣的質量與產量隨著蒸汽流速蒸汽流速的增大和的增大和加入時間加入時間的延續(xù)的延續(xù)而改變。蒸汽量是而改變。蒸汽量是控制生產的重要手段控制生產的重要手段之

34、一。在工業(yè)生產之一。在工業(yè)生產中，一般蒸汽流速為中，一般蒸汽流速為0.10.35m/s，相應的吹蒸汽強度以，相應的吹蒸汽強度以300900kg/(m2h)為宜。為宜。循環(huán)時間分配。循環(huán)時間分配。每一工作循環(huán)時間不宜過長。如過長，氣化層溫度和煤氣每一工作循環(huán)時間不宜過長。如過長，氣化層溫度和煤氣質量、產量波動大。質量、產量波動大。氣體成分。氣體成分。為制得合格半水煤氣，要調節(jié)為制得合格半水煤氣，要調節(jié)(CO+H2)/N2的比值。的比值。方法是改變加氮空氣量或空氣凈吹時間。間歇式方法是改變加氮空氣量或空氣凈吹時間。間歇式氣化過程氣體的典型組成如下表示：氣化過程氣體的典型組成如下表示：其它條件其它條

35、件工業(yè)實踐證明，煤氣化操作采用工業(yè)實踐證明，煤氣化操作采用三高一短三高一短，即，即高爐溫、高高爐溫、高風量、高炭層、短循環(huán)風量、高炭層、短循環(huán)的經驗是有效的。的經驗是有效的。煤耗是決定氨廠經濟效益的重要因素之一。為充分利用資煤耗是決定氨廠經濟效益的重要因素之一。為充分利用資源，中國已經成功地利用源，中國已經成功地利用粉煤和碎煤粉煤和碎煤，制成，制成碳化煤球、紙?zhí)蓟呵?、紙漿煤球、清水煤球和黃泥煤球漿煤球、清水煤球和黃泥煤球等。等。碳化煤球是將消石灰與碎煤拌和一起，研磨成細粉，然后碳化煤球是將消石灰與碎煤拌和一起，研磨成細粉，然后壓制成濕球，再以含壓制成濕球，再以含COCO2 2的熱氣體進行碳酸

36、化處理，生成的熱氣體進行碳酸化處理，生成CaCOCaCO3 3作為作為煤球骨架煤球骨架。增大煤球機械強度。增大煤球機械強度。根據原料的性質如粒度和灰熔點來確定吹風時間、吹風氣根據原料的性質如粒度和灰熔點來確定吹風時間、吹風氣量、蒸汽用量及燃燒層高度；視爐溫情況調整制氣各階段量、蒸汽用量及燃燒層高度；視爐溫情況調整制氣各階段時間分配；據氣體成分，調節(jié)加氮空氣量或空氣吹凈時間時間分配；據氣體成分，調節(jié)加氮空氣量或空氣吹凈時間等。維持氣化層位置相對穩(wěn)定防止局部過熱等等。維持氣化層位置相對穩(wěn)定防止局部過熱等。1天然氣及石腦油等輕質烴類，在脫硫之后，與水蒸氣反應天然氣及石腦油等輕質烴類，在脫硫之后，與水

37、蒸氣反應制取合成氣。工業(yè)上一般采用二段轉化法。制取合成氣。工業(yè)上一般采用二段轉化法。（1）一段轉化。一段轉化反應）一段轉化。一段轉化反應 為：為： 在主反應進行時，同時發(fā)生在主反應進行時，同時發(fā)生CO的轉化反應：的轉化反應：molkJHHCOOHCO/19.41,298222molkJHHCOOHHCmolkJHHCOOHCHHmnnCOOnHHCmn/7 .2176,2914142/2 .206,3)2(298221572982242224232HCOpCHH OppKMPapp222HCOpCOH OppKpp除主反應外，尚有許多副反應，以甲烷為例，其副反應除主反應外，尚有許多副反應，以甲

38、烷為例，其副反應為：為：molkJHHHCCHmolkJHHHCCHmolkJHCOHHCOCOCHmolkJHHCOCOCHmolkJHHCOOHCH/7 .376,32/2 .202,22/116,/2 .248,22/1 .165,422982224298242429822242982242982224為此應選擇催化劑，并在為此應選擇催化劑，并在一定的反應條件下進行操作。一定的反應條件下進行操作。對于烴類轉化，對于烴類轉化，鎳是最有效鎳是最有效的催化劑的催化劑。由于其操作溫度。由于其操作溫度要比大多數催化反應的溫度要比大多數催化反應的溫度高高200300，為使催化劑，為使催化劑具有高活性

39、，通常制成細小具有高活性，通常制成細小分散的晶粒。分散的晶粒。在鎳催化劑中，鎳是活性組在鎳催化劑中，鎳是活性組分，以分，以NiO狀態(tài)存在，含量狀態(tài)存在，含量以以4%30%為宜。為宜。為了提高鎳催化劑的活性，為了提高鎳催化劑的活性，可加入可加入MgO作助催化劑作助催化劑，而，而Al2O3、CaO、K2O、MgO作為載體。作為載體。在轉化反應時，催化劑上會發(fā)生析碳現象，而使催在轉化反應時，催化劑上會發(fā)生析碳現象，而使催化劑活性降低、氣體流動受阻及局部過熱等問題發(fā)化劑活性降低、氣體流動受阻及局部過熱等問題發(fā)生。因此，對碳原子數較多的烴類，為生。因此，對碳原子數較多的烴類，為防止析碳，防止析碳，應在應

40、在高壓下操作高壓下操作。在溫度在溫度800820、壓力、壓力2.53.5MPa、H2O/C摩爾比為摩爾比為3.5時，轉化氣組成（體積時，轉化氣組成（體積%）為）為CH4為為10，CO為為10，CO2為為10，H2為為69，N2為為1。（2）二段轉化）二段轉化一段轉化爐出口氣體中，一段轉化爐出口氣體中，CH4仍含有仍含有8%10%。為了制取。為了制取合成氨原料氣，一段轉化后的合成氣，還必須在二段轉化爐合成氨原料氣，一段轉化后的合成氣，還必須在二段轉化爐中，引入空氣進行部分燃燒轉化，使殘余的中，引入空氣進行部分燃燒轉化，使殘余的甲烷濃度降至甲烷濃度降至0.2%0.5%，同時引入了氮氣。因此經二段轉

41、化后，同時引入了氮氣。因此經二段轉化后，H2/N2=3。二段轉化的主要反應如下：二段轉化的主要反應如下：molkJHHCOOHCHmolkJHCOOCOmolkJHOHOH/2 .206,3/2 .283,21/8 .241,2129822429822298222在二段轉換時，首先是在二段轉換時，首先是一段轉化氣與空氣混合進行燃燒一段轉化氣與空氣混合進行燃燒，溫度，溫度可達可達1200.然后在充填鎳催化劑的轉換器下部，繼續(xù)進行甲然后在充填鎳催化劑的轉換器下部，繼續(xù)進行甲烷烷的轉化，由于甲烷轉化反應為吸熱反應，溫度逐漸下降，烷烷的轉化，由于甲烷轉化反應為吸熱反應，溫度逐漸下降，轉化爐出口氣體溫度

42、為轉化爐出口氣體溫度為9001000 。(3)連續(xù)蒸汽轉化流程連續(xù)蒸汽轉化流程工業(yè)上合成氣主要生產方法的流程示于圖工業(yè)上合成氣主要生產方法的流程示于圖4.5.在在天然氣中配以天然氣中配以0.25%0.5%的氫氣的氫氣，加熱到，加熱到380400 時，進入裝填時，進入裝填鈷鈷鉬加氫催化劑和氧化鋅脫硫劑鉬加氫催化劑和氧化鋅脫硫劑的脫硫罐，脫去硫化氫及有機硫，的脫硫罐，脫去硫化氫及有機硫，使總硫含量降至使總硫含量降至0.5ppm以下以下 。原料氣配入水蒸氣后于。原料氣配入水蒸氣后于400 下進入轉化爐的對流段，進一步預熱到下進入轉化爐的對流段，進一步預熱到500520 ，然后自，然后自上而下進入各根

43、裝有鎳催化劑的轉化管，在管內繼續(xù)被管外燃上而下進入各根裝有鎳催化劑的轉化管，在管內繼續(xù)被管外燃燒氣加熱，進行轉化反應。離開轉化管底部的溫度為燒氣加熱，進行轉化反應。離開轉化管底部的溫度為800820 ，經吸收一些熱量后，使溫度升到，經吸收一些熱量后，使溫度升到850860 ，并配入少，并配入少量水蒸氣，然后與預熱到量水蒸氣，然后與預熱到450 的空氣混合，在頂部燃燒區(qū)燃的空氣混合，在頂部燃燒區(qū)燃燒、放熱，溫度升到燒、放熱，溫度升到1200 左右。再通過催化劑床繼續(xù)反應左右。再通過催化劑床繼續(xù)反應并吸熱，然后離開二段轉化爐，即得所需合成氣。并吸熱，然后離開二段轉化爐，即得所需合成氣。鈷鉬加氫催化

44、劑和氧化鋅脫硫劑 轉化爐是天然氣轉化制合成氣的主體設備。轉化爐是天然氣轉化制合成氣的主體設備。一段轉化爐一段轉化爐包括轉化管與加熱室的輻射段以及回收熱量的對流段包括轉化管與加熱室的輻射段以及回收熱量的對流段。轉。轉化管要承受高溫和高壓，因此需采用離心澆鑄的含化管要承受高溫和高壓，因此需采用離心澆鑄的含25%鉻和鉻和20%鎳的高合金不銹鋼管。轉化爐型大致可分為鎳的高合金不銹鋼管。轉化爐型大致可分為頂頂部燒嘴爐和側壁燒嘴爐部燒嘴爐和側壁燒嘴爐。頂部燒嘴爐的外觀呈方箱型結構，。頂部燒嘴爐的外觀呈方箱型結構，爐頂有原料、燃料和空氣總管，輻射室交錯排列轉化管和爐頂有原料、燃料和空氣總管，輻射室交錯排列轉

45、化管和頂部燒嘴。對流室內設置有鍋爐，蒸汽過熱器，天然氣與頂部燒嘴。對流室內設置有鍋爐，蒸汽過熱器，天然氣與蒸汽混合物預熱器，鍋爐給水預熱器等。側壁燒嘴爐是豎蒸汽混合物預熱器，鍋爐給水預熱器等。側壁燒嘴爐是豎式箱形爐。輻射室沿其縱向排列轉化管。對流室設有天然式箱形爐。輻射室沿其縱向排列轉化管。對流室設有天然氣與蒸汽混合原料預熱器，高壓蒸汽過熱器，工藝用空氣氣與蒸汽混合原料預熱器，高壓蒸汽過熱器，工藝用空氣預熱器，鍋爐給水預熱器等。圖預熱器，鍋爐給水預熱器等。圖4.6示出了燒嘴爐示意圖。示出了燒嘴爐示意圖。二段轉化爐二段轉化爐是內襯耐火材料的耐壓反應器，上部為燃燒段，是內襯耐火材料的耐壓反應器，上

46、部為燃燒段，下部為充填鎳催化劑的轉化段。下部為充填鎳催化劑的轉化段。催化劑管，又稱轉化爐管或爐管。催化劑管，又稱轉化爐管或爐管。二段轉化爐是在二段轉化爐是在1000 以上高溫下以上高溫下把殘余的甲烷把殘余的甲烷進一步轉化進一步轉化。是合成氨生。是合成氨生產中溫度最高的催化反應產中溫度最高的催化反應過程。與一段轉化不同，過程。與一段轉化不同，這里加入空氣燃燒一部分這里加入空氣燃燒一部分轉化氣以實現內部自熱，轉化氣以實現內部自熱，同時補入必要的氮。二段同時補入必要的氮。二段轉化爐為轉化爐為一直立式圓筒。一直立式圓筒。殼體材質為碳鋼，風襯耐殼體材質為碳鋼，風襯耐火材料，爐底有水夾管火材料，爐底有水夾

47、管，如圖：如圖：由于水蒸氣轉化法需由于水蒸氣轉化法需1000以上的高溫，反應管以上的高溫，反應管的價格又比較昂貴，所以在合成氨原料氣制備過程的價格又比較昂貴，所以在合成氨原料氣制備過程中，將其分為一段及二段轉化兩部分。若一段轉化中，將其分為一段及二段轉化兩部分。若一段轉化爐出口氣體中含有少量甲烷，可使一段轉化爐的負爐出口氣體中含有少量甲烷，可使一段轉化爐的負荷減少，催化劑溫度降低。這樣外加熱反應管的材荷減少，催化劑溫度降低。這樣外加熱反應管的材質易于選擇，而二段轉化爐在高溫下使殘留甲烷轉質易于選擇，而二段轉化爐在高溫下使殘留甲烷轉化，同時可以在轉化中引入所需的氧。化，同時可以在轉化中引入所需的

48、氧。在高溫下利用氧氣或富氧空氣與重油（包括常壓渣油、減壓在高溫下利用氧氣或富氧空氣與重油（包括常壓渣油、減壓渣油及石油深度加工所得燃料油）進行反應，渣油及石油深度加工所得燃料油）進行反應，一部分重油與一部分重油與氧氣完全燃燒，生成二氧化碳，同時放出大量熱量；另一部氧氣完全燃燒，生成二氧化碳，同時放出大量熱量；另一部分重油與二氧化碳、水蒸氣作用生成一氧化碳和氧氣，分重油與二氧化碳、水蒸氣作用生成一氧化碳和氧氣，其反其反應是吸熱的，應是吸熱的，所需熱量由完全燃燒反應放出的熱提供所需熱量由完全燃燒反應放出的熱提供，反應，反應如下：如下：其他反應其他反應：（：（蒸汽轉化反應蒸汽轉化反應）2222222

49、)21(21221)41(HnmnCOOnHHCmHnCOnCOHCOmHnCOOmnHCmnmnmn重油部分氣化分重油部分氣化分兩個階段兩個階段進行。第一階段系氧和部分重油進行。第一階段系氧和部分重油進行進行完全燃燒反應完全燃燒反應：第二階段進行二氧化碳和蒸汽對甲烷和炭黑的第二階段進行二氧化碳和蒸汽對甲烷和炭黑的轉化反應轉化反應：重油部分氧化重油部分氧化第一個階段反應快第一個階段反應快，第二階段的反應速度緩第二階段的反應速度緩慢慢。OmHnCOOmnHCmn22221)41(COCOCHCOCOCH2222224重油氣化的主要生產條件重油氣化的主要生產條件為為壓力、溫度、氧油比、壓力、溫度、

50、氧油比、蒸汽油比蒸汽油比等對于重油氣化等對于重油氣化反應的影響。反應的影響。1、溫度、溫度一般認為，甲烷、碳與水一般認為，甲烷、碳與水蒸汽的轉化反應是重油氣蒸汽的轉化反應是重油氣化的化的控制步驟控制步驟。兩反應勻。兩反應勻為吸熱可逆反應。提高溫為吸熱可逆反應。提高溫度可提高甲烷和碳的平衡度可提高甲烷和碳的平衡轉化率。轉化率。2、壓力、壓力重油氣化是一個重油氣化是一個體積增大體積增大的反應的反應，從熱力學分析，從熱力學分析，提高壓力提高壓力是是不利不利的，但對的，但對加速反應是有利的。加速反應是有利的。從圖可以看出：從圖可以看出：甲烷平衡甲烷平衡含量隨壓力增大而增加含量隨壓力增大而增加，但這一不

51、利影響可以但這一不利影響可以通過通過提高溫度得到補償。提高溫度得到補償。優(yōu)點優(yōu)點：縮小設備容積、節(jié)：縮小設備容積、節(jié)省動力、有利于清除炭黑、省動力、有利于清除炭黑、對下游工序的脫硫和脫碳對下游工序的脫硫和脫碳有利。有利。1%0.32%3、氧油比、氧油比氧油比（氧油比（m3O2/kg重油）對重重油）對重油氣化有油氣化有決定性影響決定性影響，氧消耗，氧消耗又是重要的經濟指標。因此它又是重要的經濟指標。因此它是控制生產的主要條件之一。是控制生產的主要條件之一。重油氣化爐中氧的加入，使重重油氣化爐中氧的加入，使重油中的碳被氧化為碳氧化物，油中的碳被氧化為碳氧化物，氫被氧化成水或游離氫。此過氫被氧化成水

52、或游離氫。此過程程強烈放熱強烈放熱，需加入，需加入一定量的一定量的水蒸汽作為緩沖劑水蒸汽作為緩沖劑，調節(jié)溫度，調節(jié)溫度和改善重油霧化條件。和改善重油霧化條件。操作良好，氧油比可以小于理操作良好，氧油比可以小于理論值，由于計入水蒸氣中的氧論值，由于計入水蒸氣中的氧后，后，O/C比在比在1.151.30。4、蒸汽油比、蒸汽油比重油部分氧化時加重油部分氧化時加入蒸汽，不僅是作入蒸汽，不僅是作為為氣化劑氣化劑，同時也，同時也作為作為緩沖爐溫緩沖爐溫和和抑抑制炭黑制炭黑生成的重要生成的重要手段。手段。加入量的多少可用加入量的多少可用蒸汽油比（蒸汽油比（kg蒸蒸汽汽/kg重油或重油或kg蒸蒸汽汽/t重油）

53、來表示。重油）來表示。如圖所示：如圖所示：通常蒸汽比控制在通常蒸汽比控制在400500 kg/t重油重油5、其他因素（、其他因素（4個個）含硫量含硫量。含硫增加時，干氣及有效氣體產量下降。含硫增加時，干氣及有效氣體產量下降。原料中的原料中的C/H比比。 C/H比提高，干氣、有效氣體比提高，干氣、有效氣體產量下降，產量下降，CO含量提高，含量提高，H2含量下降。含量下降。原料油中水含量原料油中水含量。有水時耗氧量比蒸汽會更大些。有水時耗氧量比蒸汽會更大些。原料的預熱溫度原料的預熱溫度。提高預熱溫度可使干氣產量、有。提高預熱溫度可使干氣產量、有效氣產量、有效氣成分以及蒸汽分解率相應增加，效氣產量、

54、有效氣成分以及蒸汽分解率相應增加，并使氧耗量下降。并使氧耗量下降。反應條件為反應條件為12001370，3.28.37MPa，不，不用催化劑，每噸原用催化劑，每噸原料加入料加入水蒸氣水蒸氣量約量約為為400500kg。水。水蒸氣起了氣化劑的蒸氣起了氣化劑的作用，同時可以緩作用，同時可以緩沖爐溫及抑制炭的沖爐溫及抑制炭的生成。生成。特點：特點：工藝簡單、工藝簡單、無廢熱鍋爐、設備無廢熱鍋爐、設備緊湊、操作方便，緊湊、操作方便，熱能利用完全。熱能利用完全。重油氣化不可避免地有炭黑的生成。炭黑顆粒很細，比表重油氣化不可避免地有炭黑的生成。炭黑顆粒很細，比表面積大，用過濾的方法很難脫除。但炭黑既有面積

55、大，用過濾的方法很難脫除。但炭黑既有親水性，又親水性，又有親油性有親油性。工業(yè)上常用。工業(yè)上常用石腦油萃取法石腦油萃取法和和炭黑過濾法炭黑過濾法，重油重油萃取造粒法萃取造粒法等。等。石腦油水 重重油油部部分分氧氧化化轉轉化化爐爐燃燒室激冷室隔熱層保溫層耐火層重油蒸汽氧重油蒸汽氧氣氣各種方法制取的原料氣都含有各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數一般為，其體積分數一般為1240%，須經變換反應，使其轉化為易于，須經變換反應，使其轉化為易于清除的清除的CO2和和H2。反應如下：。反應如下：從反應式可見，反應過程中消耗的只是從反應式可見，反應過程中消耗的只是水蒸汽水蒸汽。因此，。因此，CO變換既

56、是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程。變換既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程。以煤為原料的中、小型合成氨廠，變換過程要消耗大以煤為原料的中、小型合成氨廠，變換過程要消耗大量的蒸汽，是合成氨廠耗能的主要部分之一。因此，量的蒸汽，是合成氨廠耗能的主要部分之一。因此，降低降低變換系統(tǒng)的能耗變換系統(tǒng)的能耗對合成氨廠節(jié)能具有重要的意義。對合成氨廠節(jié)能具有重要的意義。molkJHHCOOHCO/19.40,298222CO變換在不同的溫度下進行，分二步：第一步是變換在不同的溫度下進行，分二步：第一步是高溫變換（國內又稱中溫變換）高溫變換（國內又稱中溫變換），反應溫度，反應溫度350550，變換后氣體中仍含

57、有約，變換后氣體中仍含有約3%的的CO；第二步；第二步是是低溫變換，低溫變換，操作溫度為操作溫度為180280，出口氣中，出口氣中CO含量降至含量降至0.3%左右。左右。CO變換是在變換是在催化劑催化劑存在下進行的。存在下進行的。高溫變換以鐵鉻為催化劑。以高溫變換以鐵鉻為催化劑。以Fe2O3為主體高變催為主體高變催化劑?；瘎５蜏刈儞Q是以銅或硫化鈷低溫變換是以銅或硫化鈷-硫化鉬為催化劑主體。硫化鉬為催化劑主體。1、高變催化劑、高變催化劑目前廣泛應用的高變催化劑，是以目前廣泛應用的高變催化劑，是以Fe2O3為主體，以為主體，以Cr2O3為主要添加為主要添加物的多組分鐵物的多組分鐵-鉻系催化劑。鉻

58、系催化劑。研究表明，以氧化鐵為主體的高變催化劑，加入鉻、銅、鉀、鋅、鎳等的氧化物可提高催化劑的活性，添加鋁、鎂等的氧化物可改善催化劑的耐熱及耐毒性能。由于鉻對人體有害，人們對環(huán)保意識的加強，開發(fā)由于鉻對人體有害，人們對環(huán)保意識的加強，開發(fā)出低鉻和無鉻的高變催化劑在工業(yè)用應用。出低鉻和無鉻的高變催化劑在工業(yè)用應用。 各組分的作用：各組分的作用：鐵的氧化物：是高變催化劑的主要組分。鐵的氧化物：是高變催化劑的主要組分。三氧化二鉻：作為高變催化劑的穩(wěn)定劑。三氧化二鉻：作為高變催化劑的穩(wěn)定劑。氧化鉀：是有效的助催化劑。氧化鉀：是有效的助催化劑。2、低變催化劑、低變催化劑目前工業(yè)上應用的低變催化劑有目前工

59、業(yè)上應用的低變催化劑有銅鋅鋁系和銅鋅鉻系銅鋅鋁系和銅鋅鉻系兩種。均兩種。均是以是以CuO為主體為主體，經還原后具有活性的組分是，經還原后具有活性的組分是細小的銅結晶細小的銅結晶-銅微晶銅微晶。各組分的作用各組分的作用銅銅。銅是催化劑的活性組分，通常是氧化態(tài)的產品，。銅是催化劑的活性組分，通常是氧化態(tài)的產品，使用時的還原變?yōu)槭褂脮r的還原變?yōu)镃u。氧化鋅氧化鋅。銅離子和鋅離子半徑相近、電荷相同。催。銅離子和鋅離子半徑相近、電荷相同。催化劑還原后，氧化鋅均勻地分布在銅微粒之間，將化劑還原后，氧化鋅均勻地分布在銅微粒之間，將微晶有效地分隔開，保證微晶有效地分隔開，保證銅微晶的穩(wěn)定性銅微晶的穩(wěn)定性。氧化

60、鉻。氧化鉻。氧化鉻也有類似氧化鋅的作用。氧化鉻也有類似氧化鋅的作用。氧化鋁氧化鋁。本身可能制成微小結晶，熔點高，有利于。本身可能制成微小結晶，熔點高，有利于催化劑成型和提高催化劑強度，無毒，是添加物的催化劑成型和提高催化劑強度，無毒，是添加物的合適成分。合適成分。3、耐硫變換催化劑、耐硫變換催化劑由于鐵由于鐵-鉻系高變催化劑鉻系高變催化劑活性溫度高活性溫度高，只適用于，只適用于含硫很低含硫很低的的煤氣中煤氣中CO變換。銅變換。銅-鋅系低變催化劑低溫活性雖好，但鋅系低變催化劑低溫活性雖好，但活性活性溫度窄，對硫十分敏感溫度窄，對硫十分敏感。隨著重油氧化法、煤氣化法的發(fā)展，制得的原料氣中含硫隨著重