文 献 综 述

1 引言

以煤为原料经化学方法将煤炭转化为气体、液体和固体产品或半成品，再进一步开发加工成一系列的化工产品或石油燃料的工业，称为煤炭化学工业，简称为煤化工。21世纪后，随着全球石油市场的动荡和石油价格的攀升，煤炭作为储量巨大并且可能替代石油的资源又重新受到了人们的重视。一氧化碳变换系统主要应用于煤化工领域，如合成氨、甲醇等煤化工产品生产。随着技术的不断发展进步，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、煤制甲醇等现代煤化工产业转变。 一氧化碳变化系统既是原料气的制造装置，也是原料气的净化装置，在生产的过程中需要大量水蒸气辅助，而水蒸气正是能耗的主要对象。煤气化制氢技术的工艺过程一般包括煤的气化、煤气净化、CO的变换以及H₂提纯等主要生产环节。本课题研究的内容是一氧化碳变换单元，设计目标是：降低工艺气中一氧化碳的含量，分离出纯度到达一定要求的氢气并安全储存，以及充分利用系统中的余热让流程循环，使整个工艺能量利用更合理。

2 一氧化碳变换工艺简介

2.1 反应机理

一氧化碳变换反应的机理是：水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附，随后分解成氢与吸附态氧，并在催化剂表面生成氧原子吸附层。当一氧化碳撞击到氧原子吸附层时，即被氧化为二氧化碳，并离开催化剂表面，所生成的氢也进入气相。然后催化剂再次与水蒸气分子作用，形成连续^[1]。反应方程式为：

CO H₂O #8596; CO₂ H₂ ΔH_298K = -41.2kJ/mol

这是一个可逆、放热、等体积有催化剂参与的反应。变换反应是放热反应，为了保证反应速率，温度控制就显得尤其重要。同时变换反应是需要消耗一定量的水蒸汽，要控制合理的汽/气比。