摘 要

CO的变换反应主要是指一氧化碳加水在适宜温度下或合适的催化剂下，发生氧化还原反应生成二氧化碳和产品氢气。本文对一氧化碳变换工艺的变换单元进行了流程模拟和设计，包括三段变换和气液分离的模拟、开工加热炉的系统设计、开工程序循环及催化剂硫化系统和锅炉排污水处理的设计。之后用CAD绘制工艺流程图，管道及仪表流程图以及设备布置图。用aspen模拟单元，得到物料平衡表并对各设备进行选型。

关键词：一氧化碳变换；流程模拟；催化剂硫化；开工循环

200,000 tons of carbon monoxide conversion unit design

Abstract

The conversion reaction of carbon monoxide mainly refers to the reaction of carbon monoxide and water vapor in the crude synthesis gas from coal gasification units at higher temperatures to produce carbon dioxide and product hydrogen. Herein means carbon monoxide conversion process of converting the process simulation and design were, three sections including analog conversion and gas-liquid separation, the start-up heater system design, and start a program loop sulfided catalyst systems and boiler water blowdown design. And use CAD to draw process flow chart, pipeline and instrument flow chart and equipment layout, with aspen simulation unit, get the material balance table and the selection of the equipment.

Keywords: Carbon monoxide conversion; process simulation; catalyst vulcanization; start cycle

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 概述 1

1.1 .1反应机理 1

1.2 一氧化碳变换工艺 2

1.2.1 Fe-Cr中变催化剂的中变工艺 2

1.2.2 Fe-Cr中变催化剂串一段Co-Mo耐硫低变 2

1.2.3 Co-Mo耐硫低变催化剂的全低变工艺 2

1.2.4 Fe-Cr中变串二段Co-Mo耐硫低变的中低低工艺 3

1.2.5新型的催化膜反应器工艺 3

1.2.6 各种工艺的技术指标对比 3

1.3 变换反应催化剂 4

1.3.1高温变换催化剂 4

1.3.2低温变换催化剂 4

1.3.3耐硫宽温变换催化剂 5

1.3.4 二氧化铈变换催化剂 5

1.3.5钯银合金的选择性催化膜 5

1.4 一氧化碳变换率的影响因素 5

1.4.1 温度 5

1.4.2 汽气比 5

1.4.3 压力 6

1.4.4 二氧化碳和氢气 6

1.4.5 催化剂活性 6

1.5 研究目的与意义 6

第二章 单元工艺说明 7

2.1 工艺概述 7

2.2 工艺方案描述 7

2.2.1 变换反应的控制 7

2.2.2 反应余热的回收 8

2.2.3 冷凝水的回收 8

2.3 变换单元流程描述 8

2.3.1 开工升温流程 8

2.3.2 变换反应流程 9

2.3.3 余热回收及气体净化流程 9

第三章 项目概况及设计基础 11

3.1 原料规格： 11

3.1.1 原料煤： 11

3.1.2 氧气： 12

3.2 氢气产品规格： 12

3.3主要原材料及公用工程消耗 13

3.3.1 催化剂消耗量（消耗定额以kNm³ H₂计） 13

3.3.2 公用工程规格 13

3.3.3 装置危险特性及安全卫生措施 13

第四章 单元流程模拟计算 15

4.1 物性方法的选取 15

4.2 模拟计算 15

4.2.1三段变换流程简述 15

4.2.2气液分离及吸气流程模拟简述 18

4.3 结果分析 21

第五章 设备设计与布置 22

5.1开工程序循环及催化剂硫化系统 22

5.1.1 开工循环气冷却器E5315设计 22

5.1.2 开工循环气分离器V5311设计 30

5.1.3 开工循环气鼓风机K5301设计 31

5.2开工加热炉F5301 32

5.2.1加热炉的选型及工作原理说明 32

5.2.4设备主要零部件材质 37

5.3锅炉排污水的处理 38

5.3.1排污膨胀器V5309 38

5.3.2排污冷却器E5314 42

第六章 单元装置布置 45

6.1 单元的设备布置原则 45

6.2单元设备布置的特点 45

6.3设备布置图设计 46

第七章 单元管道设计 47

7.1 应用范围 47

7.2 材料选择 47

7.2.1 管道器材的选用原则 47

7.2.2. 管子 47

7.3 管径计算 48

7.4 管道设计结果 49

7.4.1 开工系统循环及催化剂硫化系统管道管径 49

7.4.2 开工加热炉管道管径 49

7.4.3 锅炉排污水管道管径 49

第八章 附图及附表 50

第九章 结论 51

参考文献 52

致谢 53

第一章 文献综述

1.1 概述

一氧化碳变换是指催化剂的作用或在适宜的温度条件下，其中的一氧化碳与水进行反应生成二氧化碳和氢气的过程。通过此反应可以增加H₂含量，同时降低CO含量。

目前煤化工产业逐步从焦炭、电石、合成氨为主的传统煤化工产业向煤制氢、煤制甲醇及下游产品、煤制天然气、煤制油等现代煤化工产业转变，因此一氧化碳变换是其中重要的环节。

1.1 .1反应机理

一氧化碳变换机理：水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附，随后分解成氢原子与吸附态氧，并在催化剂活性表面生成氧原子吸附层。一氧化碳分子到氧原子吸附层时，被氧化为二氧化碳，生成的氢原子进入气相。然后催化剂再次与水蒸气分子作用，重复进行^[1]。反应方程式为：

CO H₂O → CO₂ H₂ ΔH₂₉₈ = -41.19 kJ/mol

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