毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.绪论

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，再进一步其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。其展于18世纪后半叶，19世纪形成了完整的煤化工体系，20世纪后半叶煤化工成为化学工业的一个重要组成部分。氢能是很好的能源载体, 可以同时满足资源、环境和持续发展的要求。如果能将污染严重的煤高效率集中地转化为洁净的氢气, 将是中国未来一段时间氢能发展中氢源的主要来源。煤气化制氢是先将煤炭气化得到以氢气和一氧化碳为主要成份的气态产品, 然后经过净化, CO变换和分离, 提纯等处理而获得一定纯度的产品氢。

变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用^[1]。

工业上，一氧化碳变换反应时在催化剂存在下进行的。应用以四氧化三铁为主体的催化剂，反应温度在360-550℃的过程称为中温变换（高温变换）。由于反应温度较高，气体经变换后仍有3%左右的一氧化碳。应用氧化铜为主体的催化剂，反应温度在200-280℃下进行，气体中残余的一氧化碳可以降低到0.3%左右，此过程称为低温变换。选用哪种变换过程，应根据原料的温度、组成和其他工序所采用的生产方法来确定^[2]。

目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程^[3]，这是从80年代中期发展起来的。所谓中变串低变流程，^[4]就是在Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo系宽温变换催化剂。在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。

2.反应原理

一氧化碳变换反应的机理是^[5]：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，形成连续反应，反应方程式为：

CO H₂O CO₂ H₂ ΔH = -41.19kJ/mol

这是一个可逆、放热、等体积有催化剂参与的反应。