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溫度傳感器在水煤氣變換反應和催化劑還原過程中的關鍵作用

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2020-10-15 10:01:21【小中大】

合成氣工廠需要精確，可靠的溫度傳感器來正確監控許多過程。這些包括水煤氣變換反應和還原銅催化劑的方法。如果溫度超出建議范圍，則結果將導致次優反應速率，縮短的催化劑壽命以及在極端情況下導致反應器故障。

合成氣（合成氣）是30–60％一氧化碳（CO），25–30％氫氣（H 2）和5–15％二氧化碳（CO 2）與殘留的水和甲烷（CH 4）的混合物。合成氣的生產和純化涉及一系列熱化學過程，這些過程高度依賴于正確的溫度測量和監控，這需要一個準確而可靠的溫度傳感器。

氫是這種高價值中間產品的理想產品。因此，一氧化碳的百分比越高，合成氣的價值就越低。此外，CO對許多催化劑有毒，難以去除。（CO 2 也會使催化劑中毒，但更易于去除。）

水煤氣變換反應

“水氣”和“合成氣”基本上是相同的產品：通過將蒸汽添加到熱碳基原料中而產生的CO和H 2的混合物。最早于1828年創建的水煤氣是較舊的術語。由此我們得到術語水煤氣變換（WGS）反應，該過程是在水，催化劑和大約400°F至900°F（204°C至200°F）的溫度下，將一氧化碳轉化為二氧化碳和氫氣的過程。 482°C）。WSG工藝是放熱的，并受到較低溫度的青睞。

CO + H 2 ö ↔CO 2 + H 2 Δ H = -41.1 KJ摩爾-1

為了減少CO的量并生成額外的H 2，將合成氣通過一系列WGS反應器。然后，現在富含氫氣但還富含二氧化碳的物流可以通過液態CO 2 去除系統和甲烷化器或變壓吸收器進行進一步純化。

高溫變換反應器

第一個轉變通常是高溫反應器，該反應器使用鐵基催化劑將CO大量轉化為CO 2。在此階段，必須有一個精確的溫度傳感器，以確保放熱過程中產生的熱量不會不利地影響反應速度。太高的溫度也會損壞設備。

低溫變換反應器

低溫反應器通常跟隨高溫反應器。低溫變換（LTS）反應器使用銅基催化劑。銅比鐵具有更強的活性，并且在低得多的溫度下可以使CO轉化率最大化。常規的銅催化劑對高溫敏感。為防止銅燒結和催化劑老化，反應器溫度不應超過500 ° F（260 ° C）。

減少催化劑

用于LTS反應的銅催化劑通常以氧化物形式運輸，使用前需要還原。為了還原和活化該催化劑，將氫氣滴入反應器中并與氧化銅（CuO）混合以生產銅和水。

CuO + H 2- > Cu + H 2 OΔH= -80.8 kJ mol-1

同時，操作人員必須監視降溫波和廢水的成分。該過程通常以氫氣浸泡完成以完成還原。

還原反應是放熱的。更多的氫進入反應器意味著更快地還原銅，但是還會產生更多的熱量。氫氣過快會導致催化劑過熱，使其失活更快。熱量過多也會損壞反應器。在極端情況下，如果溫度超過容器的冶金極限，則可能會發生災難性故障。

如何確定需要哪個溫度傳感器

在進行水煤氣變換和催化劑還原過程時，了解所用溫度測量系統的局限性至關重要。

不同類型的測量系統的響應時間會有所不同，并且在調整原料流量時必須將其考慮在內，因為溫度傳感器不會立即傳遞催化劑床中的溫度變化。Pipewells和熱電偶套管更長采取對溫度變化（≥60秒）比柔性的，獨立的熱電偶像響應Gayesco的Flex-R ®（4-8秒）。

還需要考慮準確性和校準。反應堆內部的多個測量點可更好地反映反應波。但是，即使實際溫度相同，兩個不同點的測量值也可能會有所不同，因為它們是由兩個不同的熱電偶記錄的。這些偏差可能落在溫度傳感器的校準極限和精度規格之內，不應視為過程溫度的實際差異。

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