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1、变换单元工艺基础知识 煤气化制氢联合装置 2016年3月 2 一、煤制氢概述一、煤制氢概述 YY 3 一、煤制氢概述一、煤制氢概述 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
2、，外排或者回用。 4 二、变换单元原理二、变换单元原理 国内某厂煤制氢变换单元原料气及变换气干基组成： 5 二、变换单元原理二、变换单元原理 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。 变换反应可用下式表示 ： CO+H2O CO2+H2+Q 变换反应特点是放热、可逆，反应前后气体体积 不变。 6 二、变换单元原理二、变换单元原理 7 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 变换单元单元采用“两台预变换+两段中温变 换+一段低温变换”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下，将上游气 化单元来的合成气中的CO和过量的水蒸汽反应生成 H2和CO2 。 8 二、
3、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 右图为国内 某厂变换反应器 外观图，变换反 应器亦称变换 炉。 9 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 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 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 保护床反应器： 阻挡煤粉尘、炭黑等固体杂质，吸附As、Cl等对催化剂有毒害作 用的组分，以保护后续耐硫变换催化剂 。 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，将气化 来的合
4、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 ，生成氢气，同时有机硫和氢气反应生成容易脱除的硫化氢。 第二、三变换反应器： 亦称低温变换反应器，将中变过来变换气在较低的温度下进行变换 ，生成氢气，尽可能将一氧化碳的浓度降低，增产氢气。 11 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 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CO含量低 壳体投资低，且无催化剂粉 碎情况 惠炼POX装置两台低变反应器采用轴径向反应器，其特点为： 12 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 变换反
5、应为放热的可逆反应，符合反应 平衡机理。 化学平衡的定义:是指在宏观条件一定的可逆 反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和 生成物各组分浓度不再改变的状态。 13 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 勒夏特列原理又名“平衡移动原理” 。 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 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 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 减少；但这种减弱不可能消除增加反应物浓度对这种
6、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 加了。 勒夏特列原理 14 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 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： 15 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 1）浓度 增加某一物质的浓度，则反应向着减少此物质浓度的方向进 行。 2）压力 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 方向进行。 3）温度 升高反应温度，则反应向着减少产生热量的方向进行。 4）催化剂 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 影响程度是一样的。 影响反应平衡的因素： 16
7、 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 反应介质浓度对变换反应的影响，此处引入水汽 比的概念。 （1）定义：是指水蒸汽与合成气中干基工艺气的摩 尔比。 （2）计算方法：水蒸汽摩尔数/工艺气摩尔数(精确 ） 或 在饱和状态下：P水/(P总P水）（粗略）； 例如：合成气的压力: 5.8MPa。 合成气的温度：240。 怎算水汽比？首先查240的饱和蒸汽压力是多少 ？（3.344MPa.） 此时，对应的水汽比为：3.344/(5.8-3.344)=1.3 17 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 影响水气比的因素： （1）压力：在温度不变情况下，压力升高 ，饱和蒸汽的分压不变，气体的分压增大，水 汽比减小，反之亦然。 （2）温度：在压力不变的情况下，合成气 温度升高，气体温度不变，水的饱和蒸气压增 大，水汽比增大，反之亦然。 18 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 19 二、变换反应工艺原理二、变换反应工艺原理 变换反应放出的反 应热充分利用，热量传 递给其他介质。其中， 配备了一台余热锅炉， 用于产高压饱和蒸汽， 产出的蒸汽回到中变入 口，用于提高原料气的 水汽比。 20 谢 谢
