教学案例设计

1、教学案例设计教学案例编号J34教学案例名称CO变换反应工艺流程企业生产案例编号Q30企业生产案例名称变换气管道爆炸事故教学案例背景2004年12月，某甲醇厂变换工段循环水加热器出口弯头及管道发生工艺气泄漏，引发爆炸事故，导致地面炸出2m左右深的大坑，工艺气管道损坏并报废，生产系统全线停产。案例问题1.CO变换反应的原理2.一氧化碳变换反应流程教学目标知识目标能力目标素质目标1.掌握CO变换反应的原理；2.掌握CO变换反应催化剂；3.掌握各种常见CO变换反应的工艺流程。1.能够识别并绘制常见CO变换反应工艺流程。2.会捕捉CO变换反应催化剂最新进展。养成爱岗敬业、勤奋工作、实事求是的职业道德素质

2、，确保安全操作教学流程案例解读过程剖析提出案例问题案例问题分析讨论案例知识点讲解讨论案例问题答案分组设计缺陷点各组交叉找寻缺陷点总结撰写案例分析报告相关知识点一氧化碳变换反应的原理合成氨生产中，各种方法制取的原料气除了合成氨需要的两种组分是H2和N2，都含有CO，其体积分数一般为12%40%，CO不仅不是合成的原料气，而且能使催化剂中毒。因此送往合成工序之前需要彻底除去合成气中的CO。一氧化碳与水蒸气反应生成氢和二氧化碳的过程，称为CO变换或水煤气变换（water gas shift）。通过变换反应可产生更多氢气，同时降低CO含量，用于调节H2/CO的比例，满足不同生产需要。变换反应如下：CO

3、（g）+H2O（g） H2（g）+CO2（g） H=-41.19kJ/mol 这是一个可逆放热反应，从平衡角度考虑，低温下进行CO变换反应有利于降低出口CO含量，但是必须高于其起活温度并且不能结露。于是人们开发出适用于低温或宽温的多种催化剂和中、低温变换催化剂组合的工艺流程。由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是原料气净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。2.一氧化碳变换反应工艺流程（详见J34-W1）一氧

4、化碳变换反应装置一氧化碳变换流程有许多种，包括常压、加压变换工艺，两段中温变换（亦称高变）、三段中温变换（高变）、高-低变串联变换工艺等等。一氧化碳变换工艺流程的设计和选择，首先应依据原料气中的一氧化碳含量高低来加以确定。一氧化碳含量很高，宜采用中温变换工艺，这是由于中变催化剂操作温度范围较宽，使用寿命长而且价廉易得。当一氧化碳含量大于15%时，应考虑将变换炉分为二段或多段，以使操作温度接近最佳温度。其次是依据进入变换系统的原料气温度和湿度，考虑气体的预热和增湿，合理利用余热。最后还要将一氧化碳变换和残余一氧化碳的脱除方法结合考虑，若后工序要求残余一氧化碳含量低，则需采用中变串低变的工艺3.一

5、氧化碳变换催化剂（详见J34-W2）一氧化碳变换反应无催化剂存在时，反应速率极慢，即使温度升至700以上反应仍不明显，因此必须采用催化剂。一氧化碳变换催化剂视活性温度和抗硫性能的不同分为铁铬系、铜锌系和钴钼系三种。在合成氨和制氢工业中，一氧化碳变换的工艺条件主要取决于原料气的制气工艺和少量一氧化碳的脱除方法 原料气的制气工艺主要有： 以煤为原料问歇制气工艺、以煤或油为原料加压连续制气工艺、以烃类(天然气、石脑油)为原料蒸汽转化制气工艺等。少量一氧化碱随脱除方法主要有：铜液洗涤法、甲烷化法、液氮洗涤法等 有时变换的工艺条件主要决于制气工艺； 有时决定于少量一氧化碳的脱除方法，此外有些工厂联产甲醇

6、也会对变换催化剂得当选用产生影响。 = 1 * GB3 以煤为原料间歇制气铜洗法精制以煤为原料间歇制气制取的原料气半水煤气，虽经半水煤气脱硫但仍含有一定量的硫；后续的净化一般要求CO含量1.2左右较为经济。这些条件均适应于铁铬中变催化剂和钴钼耐硫低变催化剂的使用，因此宜选用铁铬中变催化剂(或耐硫型铁铬中变催化剂)串钴钼耐硫低变催化剂的中串低或中低低变换工艺；或者放宽半水煤气脱硫要求，选用钴钼耐硫低变催化剂的全低变变换工艺，但应选用改进型钴钼耐硫低变催化剂并采用保护剂，设备防腐和后系统变换气脱硫等应予加强。 = 2 * GB3 以煤为原料间歇制气联产甲醇由于联产甲醇，要求变换气CO含量相应提高，

7、当醇氨比较高时，变换气CO含量甚至被提高至大于6，此时宜选用铁铬中变催化剂的中变工艺或者选用低汽比铁铬中变催化剂串钴钼耐硫低变催化剂的中串低工艺。 = 3 * GB3 以煤为原料间歇制气甲烷化法净化由于后续甲烷化法净化，要求变换气CO含量小于0.3，因此宜选用铁铬中变催化剂串钴钼耐硫低变催化剂的全低变深度变换工艺。 = 4 * GB3 以煤或油为原料加压连续制气液氮洗涤法净化以煤或油为原料加压连续制气制取的原料气中含有较高的硫和水蒸汽，后续的液氮洗涤法净化常与低温甲醇洗脱碳相配套，而该法对硫等物质有良好的脱除效果，因此宜直接选用钴钼耐硫变换催化剂实现后工艺的要求。 = 5 * GB3 以烃类(

8、天然气、石脑油为原料蒸汽转化制气甲烷化法净化以烃类（天然气、石脑油）为原料蒸汽转化制气制取的原料气，由于进入蒸汽转化之前为保护蒸汽转化催化剂己进行了脱硫，因此所制得的原料气已基本不含硫。 另外节能型烃类蒸汽转化流程(水碳比小于275)已广泛应用，后续甲烷化净化。因此宜选用低水汽比铁铬中变催化剂(或本体低硫铁铬中变催化剂)串铜锌低变催化剂的变换工艺。每种催化剂都有最适合它的工艺条件，每种工艺条件也都有最适合它的催化剂，催化剂的性能和特点与工艺条件的要求相结合才能最大限度发挥作用。为了保证催化剂具有较高的活性和延长使用寿命，就必须对变换催化剂进行细心的操作和维护，确保催化剂较长的使用寿命，但也有一些厂由于操作及工艺条件不当使催化剂寿命缩短。正确使用和维护好催化荆，能增加变换装置的生产能力，延长催化剂的使用寿命，主要措施如下。在装填前，要进行过筛除去粉尘和碎粒。使催化剂在装填时保证松紧一致。严禁直接踩踏在催化剂上，同时不允许将杂物带入变换炉内。 在开、停车时，要按规定的升、降温速度进行操作，严防超温。 正常生产中，稳定工艺条件，严格控制工艺指标，保持原料气成分相对稳定。变换炉温度波动以不超过士10为宜；硫化物和氧气含量达