变换CO变换反应机理及原理

    一氧化碳和水蒸汽的变换反应如果单纯在气相中进行，即使温度在1000℃，水蒸汽用量很大，变换反应速率仍然是极其缓慢的。这是因为在进行变换反应时，首先要使蒸汽中的氧与氢联接的键断开，然后氧原子重新排到CO分子中去而变成CO₂，两个H原子相互结合为H₂分子。水分子中O与H的结合能力很大，要使H-O-H的两个键断开，必须有相当大的能量，因而变换反应进行是比较困难的。当有催化剂存在时，反应则按下述两步进行：
    [K]+H₂O(汽)→[K]O+H₂[K]O+CO→[K]+CO₂
    式中：[K]—表示催化剂[K]O—表示中间化合物即水分子首先被催化剂的活性表面所吸附，并分解为氢与吸附态的氧原子。氢进入气相中，氧在催化剂表面形成氧原子吸附层。当CO撞击到氧原子吸附层时，即被氧化成CO₂，随后离开催化剂表面进入气相。然后催化剂表面又吸附水分子，反应继续下去。反应按这种方式进行时，所需能量小，所以变 换反应在有催化剂存在时，速度就可以大大加快。在反应过程中，催化剂能够改变反应进行的途径，降低反应所需的能量，缩短达到平衡的时间，加快反应速度，但它不能改变反应的化学平衡。反应前后催化剂的数量和化学性质不变。
    扩散过程的影响一般对于变换反应来说，内扩散的影响不容忽视，内表面利用率不仅与催化剂的尺寸、结构及反应活性有关，而且与操作温度及压力等因素有关。对于同一尺寸的催化剂，在相同压力下由于温度的升高，CO扩散速度增大，但催化剂内表面反应的速度常数增加更快，结果使内表面利用率降低。在相同温度和压力下，小颗粒的催化剂具有较高的内表面利用率，这是因为催化剂尺寸越小，毛细孔的长度越短，内扩散阻力减少，故内表面利用率就越高。对同一尺寸的催化剂，在相同温度下，压力提高，反应速度就增大，CO有效扩散系数又显著变小，故内表面利用率随压力增加而迅速下降。