變換單元工藝基礎(chǔ)知識(shí)煤氣化制氫聯(lián)合裝置2016年3月一、煤制氫概述

一、煤制氫概述整個(gè)過程分成幾個(gè)單元：備煤：將煤按照一定的要求配備后，通過輸煤皮帶送到裝置緩沖料倉(cāng)；氣化及灰水處理：煤在磨煤機(jī)中制漿，通過煤漿泵送到氣化爐，進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，合成氣和灰水分別經(jīng)過處理后送出單元或者回用；變換：經(jīng)過脫塵處理的合成氣在變換爐中進(jìn)行變換反應(yīng)；酸性氣脫除：通過甲醇在低溫下的特性，選擇性地回收硫化氫和二氧化碳，得到粗氫；變壓吸附：對(duì)粗氫進(jìn)行提純，得到純氫；輔助部分：硫磺對(duì)酸性氣進(jìn)行回收處理；酸水汽提對(duì)氣化洗滌水和變換、甲醇洗的酸性水進(jìn)行處理，外排或者回用。二、變換單元原理國(guó)內(nèi)某廠煤制氫變換單元原料氣及變換氣干基組成：二、變換單元原理

變換反應(yīng)就是一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣。變換反應(yīng)可用下式表示：

CO+H2O?CO2+H2+Q

變換反應(yīng)特點(diǎn)是放熱、可逆，反應(yīng)前后氣體體積不變。二、變換單元原理二、變換反應(yīng)工藝原理

變換單元單元采用“兩臺(tái)預(yù)變換+兩段中溫變換+一段低溫變換”的耐硫變換工藝流程，在一定溫度、壓力和耐硫變換催化劑的作用下，將上游氣化單元來的合成氣中的CO和過量的水蒸汽反應(yīng)生成H2和CO2

。二、變換反應(yīng)工藝原理

右圖為國(guó)內(nèi)某廠變換反應(yīng)器外觀圖，變換反應(yīng)器亦稱變換爐。二、變換反應(yīng)工藝原理

POX裝置變換反應(yīng)器為4臺(tái)，分別為保護(hù)床反應(yīng)器（721-R-104）、第一變換反應(yīng)器（

721-R-101）、第二變換反應(yīng)器（

721-R-102）及第三變換反應(yīng)器（

721-R-103）。二、變換反應(yīng)工藝原理保護(hù)床反應(yīng)器：阻擋煤粉塵、炭黑等固體雜質(zhì)，吸附As、Cl等對(duì)催化劑有毒害作用的組分，以保護(hù)后續(xù)耐硫變換催化劑。第一變換反應(yīng)器：亦稱高變反應(yīng)器、中溫變換反應(yīng)器，變換反應(yīng)的主反應(yīng)器，將氣化來的合成氣和水蒸氣在催化劑的作用下以較高的速度快速進(jìn)行變換反應(yīng)，生成氫氣，同時(shí)有機(jī)硫和氫氣反應(yīng)生成容易脫除的硫化氫。第二、三變換反應(yīng)器：亦稱低溫變換反應(yīng)器，將中變過來變換氣在較低的溫度下進(jìn)行變換，生成氫氣，盡可能將一氧化碳的濃度降低，增產(chǎn)氫氣。二、變換反應(yīng)工藝原理低壓降變換爐內(nèi)的壓降穩(wěn)定，不受上游工段帶來的水、雜質(zhì)的影響可選用高活性的小顆粒催化劑：活性更高，即更容易抵抗毒物，延長(zhǎng)催化劑壽命出口CO含量低殼體投資低，且無催化劑粉碎情況惠煉POX裝置兩臺(tái)低變反應(yīng)器采用軸徑向反應(yīng)器，其特點(diǎn)為：二、變換反應(yīng)工藝原理變換反應(yīng)為放熱的可逆反應(yīng)，符合反應(yīng)平衡機(jī)理。

化學(xué)平衡的定義:是指在宏觀條件一定的可逆反應(yīng)中，化學(xué)反應(yīng)正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物各組分濃度不再改變的狀態(tài)。

二、變換反應(yīng)工藝原理

勒夏特列原理又名“平衡移動(dòng)原理”。如果改變影響平衡的一個(gè)條件（如濃度、壓強(qiáng)或溫度等），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。勒夏特列原理是指在一個(gè)平衡體系中，若改變影響平衡的一個(gè)條件，平衡總是要向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。比如一個(gè)可逆反應(yīng)中，當(dāng)增加反應(yīng)物的濃度時(shí)，平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡的移動(dòng)使得增加的反應(yīng)物濃度又會(huì)逐步減少；但這種減弱不可能消除增加反應(yīng)物濃度對(duì)這種反應(yīng)物本身的影響，與舊的平衡體系中這種反應(yīng)物的濃度相比而言，還是增加了。勒夏特列原理二、變換反應(yīng)工藝原理

對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA+nB

?pC+qD在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)。其平衡常數(shù)表達(dá)式：二、變換反應(yīng)工藝原理1）濃度增加某一物質(zhì)的濃度，則反應(yīng)向著減少此物質(zhì)濃度的方向進(jìn)行。2）壓力增加某一氣態(tài)反應(yīng)物的壓力，則反應(yīng)向著減少此反應(yīng)物壓力的方向進(jìn)行。

3）溫度升高反應(yīng)溫度，則反應(yīng)向著減少產(chǎn)生熱量的方向進(jìn)行。4）催化劑僅改變反應(yīng)進(jìn)行的速度，不影響平衡的改變，即對(duì)正逆反應(yīng)的影響程度是一樣的。影響反應(yīng)平衡的因素：二、變換反應(yīng)工藝原理反應(yīng)介質(zhì)濃度對(duì)變換反應(yīng)的影響，此處引入水汽比的概念。（1）定義：是指水蒸汽與合成氣中干基工藝氣的摩爾比。（2）計(jì)算方法：水蒸汽摩爾數(shù)/工藝氣摩爾數(shù)(精確）或在飽和狀態(tài)下：P水/(P總－P水）（粗略）；

例如：合成氣的壓力:5.8MPa。合成氣的溫度：240℃。怎算水汽比？首先查240℃的飽和蒸汽壓力是多少？（3.344MPa.）

此時(shí)，對(duì)應(yīng)的水汽比為：3.344/(5.8-3.344)=1.3

二、變換反應(yīng)工藝原理影響水氣比的因素：（1）壓力：在溫度不變情況下，壓力升高，飽和蒸汽的分壓不變，氣體的分壓增大，水汽比減小，反之亦然。（2）溫度：在壓力不變的情況下，合成氣溫度升高，氣體溫度不變，水的飽和蒸氣壓增大，水汽比