温度传感器在水煤气变换反应和催化剂还原过程中的关键作用

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2020-10-15 10:01:21【小中大】

合成气工厂需要精确，可靠的温度传感器来正确监控许多过程。这些包括水煤气变换反应和还原铜催化剂的方法。如果温度超出建议范围，则结果将导致次优反应速率，缩短的催化剂寿命以及在极端情况下导致反应器故障。

合成气（合成气）是30–60％一氧化碳（CO），25–30％氢气（H 2）和5–15％二氧化碳（CO 2）与残留的水和甲烷（CH 4）的混合物。合成气的生产和纯化涉及一系列热化学过程，这些过程高度依赖于正确的温度测量和监控，这需要一个准确而可靠的温度传感器。

氢是这种高价值中间产品的理想产品。因此，一氧化碳的百分比越高，合成气的价值就越低。此外，CO对许多催化剂有毒，难以去除。（CO 2 也会使催化剂中毒，但更易于去除。）

水煤气变换反应

“水气”和“合成气”基本上是相同的产品：通过将蒸汽添加到热碳基原料中而产生的CO和H 2的混合物。最早于1828年创建的水煤气是较旧的术语。由此我们得到术语水煤气变换（WGS）反应，该过程是在水，催化剂和大约400°F至900°F（204°C至200°F）的温度下，将一氧化碳转化为二氧化碳和氢气的过程。 482°C）。WSG工艺是放热的，并受到较低温度的青睐。

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

为了减少CO的量并生成额外的H 2，将合成气通过一系列WGS反应器。然后，现在富含氢气但还富含二氧化碳的物流可以通过液态CO 2 去除系统和甲烷化器或变压吸收器进行进一步纯化。

高温变换反应器

第一个转变通常是高温反应器，该反应器使用铁基催化剂将CO大量转化为CO 2。在此阶段，必须有一个精确的温度传感器，以确保放热过程中产生的热量不会不利地影响反应速度。太高的温度也会损坏设备。

低温变换反应器

低温反应器通常跟随高温反应器。低温变换（LTS）反应器使用铜基催化剂。铜比铁具有更强的活性，并且在低得多的温度下可以使CO转化率最大化。常规的铜催化剂对高温敏感。为防止铜烧结和催化剂老化，反应器温度不应超过500 ° F（260 ° C）。

减少催化剂

用于LTS反应的铜催化剂通常以氧化物形式运输，使用前需要还原。为了还原和活化该催化剂，将氢气滴入反应器中并与氧化铜（CuO）混合以生产铜和水。

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

同时，操作人员必须监视降温波和废水的成分。该过程通常以氢气浸泡完成以完成还原。

还原反应是放热的。更多的氢进入反应器意味着更快地还原铜，但是还会产生更多的热量。氢气过快会导致催化剂过热，使其失活更快。热量过多也会损坏反应器。在极端情况下，如果温度超过容器的冶金极限，则可能会发生灾难性故障。

如何确定需要哪个温度传感器

在进行水煤气变换和催化剂还原过程时，了解所用温度测量系统的局限性至关重要。

不同类型的测量系统的响应时间会有所不同，并且在调整原料流量时必须将其考虑在内，因为温度传感器不会立即传递催化剂床中的温度变化。Pipewells和热电偶套管更长采取对温度变化（≥60秒）比柔性的，独立的热电偶像响应Gayesco的Flex-R ®（4-8秒）。

还需要考虑准确性和校准。反应堆内部的多个测量点可更好地反映反应波。但是，即使实际温度相同，两个不同点的测量值也可能会有所不同，因为它们是由两个不同的热电偶记录的。这些偏差可能落在温度传感器的校准极限和精度规格之内，不应视为过程温度的实际差异。

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