一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
一氧化碳的变换
一氧化碳变换时半水煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，水蒸气反应，生成二氧化碳和氢的工艺过程。
通过变换即除去了一氧化碳，又得到了合成氨的原料气氢和氨加工的原料气二氧化碳。
近年来，变换工段由于采用了低温高活性的催化剂和高串低，高-低-低（俗称“中串低”、“中-低-低”），全低变等多种新工艺流程，加强了热量回收利用，工段面貌发生了很大变化。
1、一氧化碳变换反应的基本原理时什么？其反应的特点时怎么样的？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塔的工艺过程。
CO + H2O <==> CO2 +H2＋41kj/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。
温度对变化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的慢，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，在反应的后一段，二氧化碳和氢的浓度增加，逆反应速度加快，因此，需降低反应温度，使逆反应速度减慢，这样可得到较高的变换率。
提高变化压力，分子间的有效碰撞次数，可以加快变换反应速度，提高催化剂的生产能力。
2“高串低”工艺与传统的高温变换工艺主要有什么不同？有何优点？传统的高温变换工艺，变换炉入口温度一般控制在320～340℃。
在流程设置上一般是一个变换炉，炉内装填铁-铬系催化剂，分两段或三段，半水煤气从上到下一次通过各段催化此后即完成变换过程。
“高串低”工艺与创痛的高温变换工艺主要不同之处是在原高变炉之后，又串联了一个装有钴-钼系列耐硫宽温催化剂的低变炉，形成高变串低变的工艺流程。
耐硫宽温变换催化剂在“高串低”工艺中被利用做低变催化剂。
低变炉入口气体温度一般可控制在210～230℃。
一氧化碳的变换
项目三 一氧化碳的变换
③催化剂要有一定的抗毒能力，也就是能耐气体中含有的少量有毒气体。 ④催化剂的机械性能要好，以免在使用中破碎或粉碎，增加变换阻力。 ⑤催化剂有一定的热稳定性，在一定温度范围内，不致因反应后温度升
高而损坏催化剂。 ⑥催化剂要防止发生副反应，主要是一氧化碳分解析碳和生成甲烷的反
综上所述，影响变换反应的因素有以下几种。 1.压力 如前所述，压力对变换反应的平衡几乎无影响，但加压变换有以下优点。 ①可加快反应速度和提高催化剂的生产能力，从而可采用较大空速提高
生产强度。
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项目三 一氧化碳的变换
②设备体积小，布置紧凑，投资较少。 ③湿变换气中水蒸气冷凝温度高，有利于热能的回收利用。 但提高压力会使系统冷凝液酸度增大，使析炭和生成甲烷等副反应易于
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项目三 一氧化碳的变换
反应温度按最佳温度进行可使催化剂用量最少，但要控制反应温度严格 按照最佳温度曲线进行在目前是不现实和难于达到的。目前在工业上是 通过特催化剂床层分段来达到使反应温度靠近最佳温度进行。但对于低 温变换过程，由于温升很小，催化剂不必分段。
3.汽气比 CO变换的汽气比一般是指H2O/CO比值或水蒸气/干原料气的比值(摩尔
一、一氧化碳Leabharlann 换的原理一氧化碳变换是在催化剂的作用下，且在一定的温度(高于催化剂的起始 活性温度)条件下，CO和水蒸气发生反应，将CO转化为H2和CO 2。其 化学反应式为:
这是一个可逆、放热、反应前后体积不变的化学反应。压力对反应平衡 没有影响，降低温度和增大水/气比(水/气比是指进口气体水蒸气的分子 数与总干气分子数之比)会有利于反应平衡向右移动。
其他副反应如下。
一氧化碳低温变换
一氧化碳的低温变换CO变换的工艺流程主要由原料气组成来决定的，同时还与催化剂、变换反应器的结构，以及气体的净化要求有关。
目前低温变换主要是串接在中温变换催化剂后作为一氧化碳深度变换的。
而入口一氧化碳含量5%-8% , 最高使用温度不超过300℃。
中变串低变流程一般采用两种方法，一是中变炉外加低变炉, 另一种为变换炉中一二层用中变触媒, 三层使用低温触媒。
两种方法都使系统出口一氧化碳含量降至1%左右, 起到稳定生产、增产节能之效果。
1.中（高）变-底变串联流程采用此流程一般与甲烷化脱除少量碳氧化物相配合。
这类流程先通过中（高）温变换将大量CO变换达到3%左右后，再用低温变换使一氧化碳含量降低到0.3%-0.5%，。
为了进一步降低出口气中CO含量，也有在低变后面串联一个低变的流程。
当CO含量较高时，变换气一般选择在炉外串低变；而一氧化碳含量较低时，可选择在炉内串低变。
中串低流程中要主要两个问题，一是要提高低变催化剂的抗毒性，防止低变催化剂过早失活；二是要注意中变催化剂的过度还原，因为与单一的中变流程相比，中串低特别是中低低流程的反应汽气比下降，中变催化剂容易过度还原，引起催化剂失活、阻力增大及使用寿命缩短。
2.全低变流程中（高）变-低变串联流程操作繁琐，设备增加，特别是特殊材料阀门的选用给管理带来了许多不便。
使用全低变变换催化剂代替原Fe-Cr系中变催化剂，在低温下完成变换即可克服以上两种工艺的缺点，又能达到理想的目的。
全低变工艺采用宽温区的钴钼系耐硫变换催化剂，主要有下列优点。
（1）催化剂的起始活性温度低，变换炉入口温度及床层热点温度低于中变炉入口及热点温度100-200℃。
这样，就降低了床层阻力，缩小了气体体积约20%，从而提高了变换炉的生产能力。
（2）变换系统处于较低的温度范围内操作，在满足出口变换气中CO含量的前提下，可以降低入炉蒸汽量，使全低变流程的蒸汽消耗降低。
使用全低变变换催化剂代替原。
一氧化碳低温变换工艺及应用
一氧化碳低温变换工艺及应用陈劲松(湖北省化学研究所，湖北武汉430074)1前言众所周知，一氧化碳变换反应是放热反应，反应温度愈低愈利于反应进行，也就愈利于节汽、节能、提高设备能力。
因此降低催化剂的活性温度成为变换催化剂科技工作者的奋斗目标。
自1912年Fe—Cr变换催化剂问世以来，催化剂的性能日益完善，低温活性也愈来愈好，随之而来的变换工艺也取得了长足的进步，特别是Co—Mo耐硫变换催化剂的开发成功给变换工艺带来了一场革命，利用该催化剂我国80年代成功开发了部分低温变换工艺即中变串低变工艺，取得明显的经济效益。
在此基础上又继续开发了中变串双低变(中低低)，中变串三低变(中低低低)工艺和全部使用Co—Mo系变换催化剂的全低变工艺，显然，从中变一中串低一中低低一中低低低一全低变，其节能效果也越来越好。
2 Co—Mo耐硫变换催化剂的性能钴钼系变换催化剂是当今耐硫变换催化剂的主体，萝：组分为1％～5％CoO，8％～15％MoO。
／7／A1。
0。
常见的工业产品有美国UCI公司的C25—2-02；丹麦Tops忙公司的SSK；德国BASF 公司的K8—1l等，我国也有近20家催化剂厂生产，国家牌号只有三个，即上海化工研究院的B301，湖北省化学研究所的B302Q、B303Q。
2．1催化剂的制备及硫化Co—Mo系耐硫宽温变换催化剂的制备已有很多专利文献报道，一般都用硝酸钴、钼酸铵的氨溶液浸渍活性氧化铝而成，这种类型的催化剂的组分大体相同，其活性高低、抗低硫性、抗毒性取决于表面活性中心结构，即与其制备工艺和硫化方法密切相关。
催化剂以盐类或氧化物形态提供，在使用时要用硫化氢或CS：进行活化即硫化。
将其转化为硫化物才具有活性，这一过程称为硫化，其主要反·】84·应为：CoO+H2S=CoS+H20 △Ho一一13．6 kJ／toolM003+2H2S十H2一MoS2+3Hz0 △H。
=一48．1 kJ／mol 我们对这类催化剂的硫化方法及硫化剂进行了研究，常用的硫化剂有：(1)二硫化碳硫化，向系统添an--硫化碳；(2)采用高硫煤或人造高硫煤造气以提高煤气中的硫化氢含量；(3)固体硫化剂(我所发明专利)硫化，固体硫化剂在煤气的作用下产生硫化氢。
合成氨总结
原料气的制取1工艺条件(1)水碳比，表示转化操作所用的工艺蒸汽量。
在约定条件下，水碳比愈高，甲烷平衡含量愈低。
(2)温度烃类蒸汽转化是吸热的可逆反应，温度增加，甲烷平衡含量下降。
反应温度每降低10℃，甲烷平衡含量约增加1-1.3％(3)压力烃类蒸汽转化为体积增大的可逆反应，增加压力，甲烷平衡含量也随之增大。
（4）二段转化的空气量：加入空气量的多少，可从二段炉出口温度上反映出来，但不能它来控制炉温和出口甲烷含量的手段。
因为空气量的加入有合成反应的氢氮比决定。
（5）二段出口甲烷含量：二段炉出口残余甲烷每降低0.1％，合成氨产量可增加1.1-1.4％。
一般控制在0.2-0.4％。
五、反应机理（反应的微观步骤）在催化剂的表面，甲烷转化的速度比甲烷分解的速度快的多，中间产物中不会有碳生成。
其机理为在催化剂表面甲烷和水蒸气解离次甲基成和原子态氧，在催化剂表面被吸附并互相作用，最后生成CO、CO2和H2。
2、催化剂甲烷蒸汽转化是吸热的可逆反应，提高温度对化学平衡和反应速度均有利。
但无催化剂存在时，温度1000℃反应速度还很低。
因此，需要采用催化剂以加快反应速度。
由于烃类蒸汽转化是在高温下进行的，并存在着析炭问题，因此，除了要求催化剂有高活性和高强度外，还要求有较好的耐热性和抗析炭性。
催化剂的还原转化催化剂大都是以氧化镍形式提供的，使用前必须还原成为具有活性的金屑镍，其反应为工业生产中，一般都不采用纯氢气还原，而是通入水蒸气和天然气的混合物，只要催化剂局部地方有微弱活性并产生极少量的氢，就可进行还原反应，还原的镍立即具有催化能力而产生更多的氢。
为使顶部催化剂得到充分还原，也可以在天然气中配入—些氢气。
还原了的催化剂不能与氧气接触，否则会产生强烈的氧化反应、即半水煤气的制取制气过程工作循环：间歇式气化时，自上一次开始送入空气至下一次再送入空气止，称为一个工作循环。
1．吹风：吹入空气，提高燃料层温度，回收显热和潜热后吹风气放空。
一氧化碳变换反应温度
一氧化碳变换反应温度一氧化碳（CO）是一种常见的无色、无臭的气体，它由碳和氧元素组成。
它在工业生产和日常生活中广泛存在，但高浓度的一氧化碳对人体和环境都具有一定的危害。
因此，将一氧化碳转化为二氧化碳（CO2）是一种重要的反应，这样可以减少一氧化碳的毒性和对大气的污染。
一氧化碳变换反应是一种催化反应，通常使用贵金属催化剂，如铂（Pt）或钯（Pd），以提高反应的速率和效率。
催化剂的选择对反应的温度有重要影响。
在常温下，一氧化碳的转化反应速率非常缓慢，因此需要提高反应温度以加速反应进行。
然而，过高的反应温度可能导致催化剂失活或产生其他副反应。
因此，找到合适的反应温度是一氧化碳变换反应的关键。
一氧化碳变换反应的温度通常在室温到几百摄氏度之间，具体取决于催化剂的选择和反应条件的优化。
研究表明，钯催化剂在较低的温度下即可有效催化一氧化碳转化反应。
例如，当钯催化剂存在时，一氧化碳的转化率在100摄氏度左右就可以达到90%以上。
这意味着在相对较低的温度下，就能够有效地将一氧化碳转化为二氧化碳，从而减少了能量消耗和催化剂的使用量。
反应温度对一氧化碳变换反应的选择性也有影响。
一氧化碳转化反应通常伴随着一些副反应的产生，例如一氧化氮（NO）的生成。
较高的反应温度可能导致一氧化氮的生成增加，从而降低了一氧化碳的转化率。
因此，在优化反应温度时，不仅需要考虑反应速率，还需要考虑反应的选择性，以实现高效的一氧化碳转化。
反应温度还与反应系统的热力学平衡有关。
一氧化碳转化反应是一个可逆反应，根据Le Chatelier原理，在较高的温度下，反应平衡会偏向生成较少的产物，即一氧化碳。
因此，在选择反应温度时，需要在反应速率和产物选择性之间进行权衡，以获得最佳的反应效果。
一氧化碳变换反应的温度选择是一个复杂而关键的问题。
合适的反应温度能够提高反应速率和选择性，减少能量消耗和催化剂的使用量。
钯催化剂在较低的温度下已经显示出良好的催化性能，为一氧化碳变换反应的实际应用提供了新的可能性。
一氧化碳的变换
二、一氧化碳变换反应的化学平衡
(一)变换反应的热效应 变换反应的标准反应热△ H298 ，可以用有关气体的标准生成热数据进
行计算:
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其他副反应如下。
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项目三 一氧化碳的变换
(一)甲烷化反应 在一氧化碳与水蒸气共存的系统中，是含有C, H, O三个元素的系统。
从热力学角度，不但可能进行式(3一3一1)的变化反应，而且还可进行其 他反应，如:
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项目三 一氧化碳的变换
这一点与甲烷蒸气转化、煤气化等系统中所出现的反应式有相似之处。 但是，由于所用催化剂对反应式(3 -3-1)具有良好的选择性，从而抑制了 其他反应的发生。在计算反应系统平衡组成时，采用反应式(3-3-1)的平 衡关系，其结果基本符合实际情况。从以上反应式看，降低温度和增加 压力有利于生成甲烷的反应。但在实际生成中采用的工艺条件下，这一 副反应是不会发生的。降低床层的热点温度、增加水/气、提高空速都可 以抑制甲烷化副反应的影响。
还可进行其他反应:
由于所用的催化剂对变换反应有良好的选择性，可抑制其他反应的发生， 因此副反应发生的概率很小。
(二)变换反应的平衡常数 一氧化碳变换反应通常是在常压或压力不太高的条件下进行，故平衡常
数计算时各组分用分压表示已足够精确。因此平衡常数KD可用下式计算:
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项目三 一氧化碳的变换
平衡常数是温度的函数，可通过范特荷莆方程式计算:
不同温度下一氧化碳变换反应的平衡常数见表3-3 -2。
一氧化碳变换反应实验报告思考题目
一氧化碳变换反应实验报告思考题目【最新版】目录一、实验背景和目的二、实验过程和方法三、实验结果和分析四、实验结论和展望正文一、实验背景和目的一氧化碳变换反应是一种重要的化学反应，其目的是在工业上通过催化剂将一氧化碳转化为二氧化碳，以达到环保和资源利用的目的。
本次实验旨在通过实际操作，让学生深入理解一氧化碳变换反应的原理和过程，培养其实验操作能力。
二、实验过程和方法实验过程主要分为以下几个步骤：1.准备实验器材和试剂：包括实验管、酒精灯、试管夹、导气管等。
试剂主要包括一氧化碳、二氧化碳和氧化铁。
2.组装实验装置：将实验管固定在试管夹上，导气管一端连接实验管，另一端放入装有氧化铁的试管中。
3.进行实验：点燃酒精灯，加热实验管中的氧化铁，观察导气管中一氧化碳的流动情况。
4.收集和分析实验结果：实验过程中，观察一氧化碳的流量和二氧化碳的生成情况，记录实验数据，并进行分析。
三、实验结果和分析实验结果显示，随着氧化铁的加热，导气管中的一氧化碳逐渐减少，同时，试管中的二氧化碳含量逐渐增加。
这表明，在氧化铁的催化作用下，一氧化碳成功转化为二氧化碳。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1.氧化铁在一氧化碳变换反应中起到了重要的催化作用。
2.反应温度对反应速率有显著影响，随着温度的升高，反应速率也相应增加。
3.在一定范围内，反应时间与一氧化碳转化率呈正相关关系。
四、实验结论和展望通过本次实验，我们深入了解了一氧化碳变换反应的原理和过程，掌握了实验操作方法，并得出了一些有意义的结论。
然而，实验仍存在一些局限性，例如实验条件较为简单，可能无法完全模拟实际工业生产环境。
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2. 请特别注意安全、环保问题的提示 （1）由于实验过程有水蒸汽加入，为避免水汽在反应器内冷凝使催化剂结块，必须 在反应床温升至150 ℃以后才能启用水饱和器，而停车时，在床温降到150 ℃以前关 闭饱和器。
（2）由于催化剂在无水条件下，原料气会将它过度还原而失活，故在原料气通入系 统前要先加入水蒸汽，相反停车时，必须先切断原料气，后切断水蒸汽。
R0
pa
pH2O pgO 用安托因公式计算：
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
式中：A、B、C——安托因系数，可查表4-5-2；t——饱和温度， ℃ 。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
（3）清理计算思路列出主要公式，计算一点数据得到结果。 （4）计算不同温度下的反应速率常数。 （5）根据实验结果，浅谈中—低变串联反应器工艺条件。 （6）分析本实验结果，讨论本实验方法。
获得两种催 化剂上变换 反应的速率 常数kT与活 化能E。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
2、预习要求
（1）
复习多相催化反应有关知识。
（2）
复习合成氨生产工艺，尤其是一氧化碳变换反应 的操作过程 。
（3） 明确实验系统中气体如何净化，氮气在实验中的作用。 （4） 水饱和器的作用和原理是什么，反应器采用哪种形式。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
6、注意事项
1. 实验条件控制 （1）流量：控制一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气流量分别为2~4 L/h
左右，总量为8~15 L/h，中变出口分流量为2~4 L/h左右。 （2）饱和器温度：用精密接触温度计配以晶体管继电器控制饱和器恒
温水浴（或油浴）的温度在72.0~80.0±0.1 ℃ 。 （3）催化剂床层温度：反应管内中变催化床温度先后控制在360 ℃ 、390
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
目录
1
实验目的
2
预习要求
3
实验原理
4
实验装置和步骤
5
实验数据处理
6
注意事项
7
思考题
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
1、实验目的
1
2
3
4
初步接触 工艺设计 思想。
通过用直流 流动法同时 测定铜基与 铁基催化剂 的相对活性。
掌握气固相 催化反应动 力学实验研 究方法及催 化剂活性的 评比方法。
（3）如何确证床层的等温条件？ 采用惰性物料石英砂稀释催化剂，装填较少量的催化剂，使反应热不至于过分集中。 选用适当的反应管内径与颗粒的直径之比，选用较小的反应管径，减小壁效应。将 反应管置于恒温铜块中，铜块置于管式电阻炉内，用DWK—702控制炉温，用电热 偶和数字显示仪测量和读取反应温度。实验人员应精心操作，防止温度大幅度波动 或超温。
5、实验数据处理
（1）记录实验现象，列出原始实验数据，见表4-5-1： 表4-5-1 实验数据记录表格示例
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
（2）用以计量的转子流量计的标定条件与实验条件不同 ，需进行密度换算。湿气体中的水蒸气在饱和器内加入， 饱和器中总压为大气压pa与静压pg之和，因而，水气比R0 计算式为：
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
（2）停车步骤 ① 关闭原料气钢瓶，切换成氮气，关闭反应器控温仪； ② 稍后关闭水饱和器加热电源，置换水浴热水； ③ 关闭管道保温，待反应床温低于200 ℃以下，关闭脱氧槽加热电 源，关闭冷却水，关闭氮气钢瓶，关闭各仪表电源及总电源。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
（4）试分析本实验中的误差来源与影响程度。 气体的净化效果，对实验的准确性影响很大。催化剂粒径和气体空速的选择
也会影响实验的准确性。当催化剂粒径足够小，气体空速足够大时影响可基本消 除。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
7、思考题
（1）实验系统中的气体如何净化？净化的作用有那些？ （2）如何判断内、外扩散的消除？ （3）如何确证床层的等温条件？ （4）试分析本实验中的误差来源与影响程度。 （5）在进行本征动力学测定时，应用哪些原则选择实验条件？ （6）试分析实验操作过程中应注意哪些事项？
写预习报告，包括实验目的与要求、实验原理与方
（5） 法、实验内容、实验装置、流程、设备和操作步骤等
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
3、实验原理
反应必须在催化剂存在的条件下进行。中温变换采用铁基催化剂— 四氧化三铁，反应温度为350~500 ℃ ，低温变换采用铜基催化剂，反 应温度为220~320 ℃ 。低温变换以铜或硫化钴-硫化钼为催化剂，操作 温度为180~280℃ 。实验原理如下：
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
实验步骤如下：
（1）开车步骤 ① 检查系统是否处于正常状态； ② 开启氮气钢瓶，置换系统约5 min； ③ 接通电源，缓慢升反应器温度，同时把脱氧槽缓慢升温至200 ℃， 恒定； ④ 中、低变床层温度升至100 ℃时，开启管道保温控制仪，开启水饱 和器，同时打开冷却水，管道保温，水饱和器温度恒定在实验温度下； ⑤ 调节中、低变反应器温度到实验条件后，切换成原料气，稳定20 min左右，随后进行分析，记录实验条件和分析数据。
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
8、思考题及参考答案
（1）实验系统中的气体如何净化？净化的作用有那些？ 实验通过U型管中的净化剂 使气体得到净化。由于变换催化剂对硫、氧、酸雾等易 于中毒，净化可防止催化剂中毒，增加实验的准确性。
（2）如何判断内、外扩散的消除？ 当所选择的催化剂粒径（足够小）不影响实验结果时刻判断为消除了内扩散的影响， 当实验所选气体空速（足够大，20000~30000 mol/g.h）不影响实验结果时刻判断为 消除了外扩散的影响。
主反应：
C+ O H 2 O C aC t 2+ O H 2
一氧化碳中温—低温串联变换反应实验
4、实验装置和步骤
4 23 1
4
5
3
2
1 2
4 3
64
1 4
23
1
8 9
4 11
10 8
7 9
10
图4.5.1 中温—低温串联变换反应实验系统流程图
1–钢瓶；2–净化器；3–稳压器；4–流量计；5–混合器； 6–脱氧槽；7–饱和器；8–反应器；9–热电偶；10–分离器；11–气相色谱仪