6.5.2　变换工序的基本原理

清除转化气中的一氧化碳是依据以下化学反应进行的:

一氧化碳与水蒸气的变换反应是在催化剂的作用下进行的,是一个等体积的可逆放热反应,这也是变换工序的主反应。一氧化碳与水蒸气共存于变换反应系统,这是一个会有C、H、O三种元素的系统,从热力学角度分析,还可能发生以下副反应:(https://www.daowen.com)

工业生产中不希望有副反应发生,这里与天然气蒸汽转化的副反应有相似之处,即发生析碳反应。为防止副反应的发生,根据化学平衡移动原理,加大反应物中水蒸气的用量、适当降低反应温度有利于主反应的进行。为此,变换工序应考虑以下工艺条件。一是压力。压力对变换反应的平衡几乎没有影响,但加压可提高反应速率。由于变换工序处于整个合成氨系统的中间,故不可能单独升压,它与转化、脱硫、甲烷化工序同处于一个压力系统,其工作压力一般为3.0 MPa。二是温度。变换反应是可逆的放热反应,因而存在最佳反应温度。当然温度还随气体组分和使用催化剂的不同而有差异,一般中温变换为450～500℃,低温变换为200～280℃。三是水蒸气比例,它是指水蒸气与一氧化碳的含量比值[H 2 O(g)/CO]。改变水蒸气比例是变换反应最主要的调节手段,增加水蒸气用量,能提高一氧化碳的变换率,降低一氧化碳的残余容量,加速反应的进行,并使析碳和生成甲烷等副反应不易发生。由于过量水蒸气的存在,还保证了催化剂中活性组分Fe3 O4的稳定而不被还原成Fe2 O3。