Кинетика и механизм реакции конверсии СО.

В промышленных условиях процесс конверсии СО протекает в области внутренней диффузии, т.е. торможение происходит в порах катализатора и изменяется с температурой и давлением. С повышением давления в системе степень использования внутренней поверхности катализатора возрастает, а производительность единицы объема катализатора z увеличивается пропорционально квадратному корню из значения относительного давления. (3)

где z₀ – производительность единицы объема катализатора при атмосферном давлении;

p – давление в системе, МПа; p₀- 0,1 МПа; p/p₀- относительное давление.

Для конверсии СО на катализаторе из Fe₂O₃ предложен след механизм процесса, состоящий в попеременном окислении и восстановлении поверхностного мономолекулярного слоя катализатора по схеме:

[К]+Н₂О→[К]О+Н₂ ; [К]О+СО→[К]+СО₂

где [К] – активный участок поверхности катализатора.

Лимитирует процесс 2-ая стадия. Скорость реакции на катализаторе удовлетворительно описывается уравнением 1-го порядка относительно СО: υ= k*р_СО (4), где k – константа скорости реакции; р_СО – парциальное давление СО.

Более точно скорость реакции на СТК и НТК описывается уравнением:

(5)

где k – const скорости реакции (1) при темп-ре пр-са; А – величина, зависящая от темп-ры.

Для Fe-Cr СТК в интервале температур 400-500⁰С.

(6)

Подобными уравнениями выражены для НТК k и А при 200-300⁰С.

Зависимость k скорости реакции окисления СО на катализаторе от температуры следующая: (7)

где Еа = 86000 - энергия активации, Дж/моль; R – универсальная газовая постоянная,=8,314 Дж/(моль*К); Т- температура, К.

Рассмотрим конвертор СО I-ой ступени, работающий под давлением 3МПа в агрегате фирмы ТЕС. Это вертикальный аппарат диаметром 5м и общей высотой 10,2м (рис), объем катализатора СТК-1-5-80,6м², гидравлическое сопротивление от 0,04 до 0,3МПа.Производительность по сухому газу на входе =184800м³/ч, по влажному газу = 292000м³/ч. Объемная скорость по сухому газу на входе в аппарат =2293ч^-1.

1- распределительное устройство

2- насадка

3- катализатор

4- труба выгрузки катализатора

Конвертор СО II-ой ступени имеет аналогичную конструкцию. В него загружается 70,1м³ катализатора марки НТК-4.