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2015,25(6)乔洪虎等应用AspenPlus模拟分析一氧化碳变换中的影响因素9

应用AspenPlus模拟分析一氧化碳变换中的影响因素

乔洪虎杨向东巩鑫贤朱法厅黄少杰中海油山东化学工程有限责任公司济南250101

摘要通过AspenPlus软件模拟一氧化碳变换反应，分析汽气比、温度、压力等因素对一氧化碳变换率、变换炉出口温度的影响，从而为生产企业提供一氧化碳变换反应的数据参考，为解决实际运行中出现的问题提供分析依据。

关键词AspenPlus一氧化碳变换汽气比变换率

一氧化碳变换反应在合成氨生产中占有非常重要的地位，它既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。在变换反应过程中，汽气比、变换起始温度及变换压力的大小对变换率、催化剂反应温度及反应速度等有很大的影响。对变换反应的影响因素进行系统的研究分析是非常必要和有价值的。

本文选取三种不同成分的半水煤气进行模拟，对产生的数据进行对比分析，得出结论。氧气的存在对变换反应出口温度的贡献不可忽视，其在低变炉一段与H?完全反应，且此反应为强放热反应，假设半水煤气中均含有0.2%的O?。实际生产过程中由于CO变换率受各种条件的制约不可能达到平衡，它与平衡变换率间存在一定的差距，计算中常将这两者的差距用平衡温距这一概念来表述，本模拟中设置平衡温距为25℃1。AspenPlus物性参考手册认为，RK-ASPEN状态方程可用于碳氢化合物的混合和轻气体如CO?、H?S和H?等，因此采用RK-

ASPEN物性方法作为模拟基础{2]。

本文主要研究低温变换炉一段的催化反应。

1入低变炉温度对变换反应的影响

汽气比选择为0.4,经过AspenPlus模拟得到的数据，绘制曲线见图1和图2。

分析以上曲线得出结论：在一定的汽气比条件下，随着变换炉入口温度的升高，变换炉出口温度呈一定斜率上升，人口温度每升高10℃,变换炉出口温度大约升高7℃;随着变换炉入口温度的升高，一氧化碳变换率呈下降趋势，低的变换

变换炉入口温度(℃)

图1变换炉入口温度对一氧化碳变换率的影响

变

变换率出口温度(℃)

420

410

400

390-

380-

370-

360-

350

340

330+150

-30.3%,CO2:8.3%.N2:22.7%,H2:38.5%,02:02%-27.4%,C02:11.2%,N2:216%,H2:398%.02:0.2%

-CO:23.5%.CO2:142%,N2:22.2,H2:399%.02:0.2%

160170180190200210220230240

变换炉入口温度(℃)

图2变换炉入口温度对变换炉出口温度的影响

温度可以使一氧化碳变换率达到70%以上。相同条件下，气体组分中的CO组成越低，变换炉出口温度也越低；与之相反，相对应的CO变换率越高。

一氧化碳变换反应可以用以下方程式表示：

CO+H?O(g)=CO?+H?△HoR=-41.19kJ/mol

一氧化碳变换反应是一个气相可逆放热反应，温度对反应速度和平衡变换率的影响相反。温度升高对反应平衡不利，平衡向着生成CO和水蒸汽的方向移动，平衡变换率减小；温度降低，平衡

*乔洪虎：工程师。2011年毕业于中国石油大学(华东)化工学院化学工程与技术专业获硕士学位。从事化工工艺设计工作。联系电话：E-mail:qiaohh@。

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向着生成CO?和H?的方向移动，平衡变换率增大，变换气中残余CO含量减少。

在催化剂的活性范围内，提高温度可以加快反应速度，在同一气体组成和汽气比的条件下，选择适宜的温度，既有利于CO平衡变换率的提高，又能使反应速度加快，以达到最佳的反应效果及最合理的催化剂用量。但降低温度必须与