【文章內(nèi)容簡介】 H2O/CO H2O/CO比是指入變換爐水蒸汽與原料氣中一氧化碳?xì)獾捏w積比，對(duì)一定氣體而言，體現(xiàn)了水蒸汽的用量。無論是中溫變換或低溫變換，一氧化碳平衡變換率都是隨H2O/CO提高而增加。其趨勢(shì)都是先快后慢。同樣的變換率溫度不同所需的H2O/CO 不同，以低變?yōu)槔谎趸甲儞Q率為90%時(shí)，360℃H2O/，而260℃H2O/。因此在實(shí)際生產(chǎn)中采用低溫變換可以減少蒸汽用量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。壓力壓力對(duì)變換反應(yīng)平衡幾乎沒有影響，但提高壓力將發(fā)生析碳等副反應(yīng)，所以單就變換的反應(yīng)平衡來看加壓沒有好處。可從動(dòng)力學(xué)角度分析，加壓可提高反應(yīng)速率。另外，原料氣體積小于變換氣體積，所以先給原料氣加壓可以節(jié)能動(dòng)力。具體操作壓力根據(jù)大、中、小型氨廠的不同特點(diǎn)而定?！?、～、。二氧化碳和氫氣根據(jù)反應(yīng)式可知一氧化碳變換反應(yīng)過程中若能除去產(chǎn)物二氧化碳，可使反應(yīng)平衡向生成H2的方向移動(dòng)，從而提高一氧化碳的變換率。如果在一氧化碳變換反應(yīng)中間增加一個(gè)脫碳裝置，可以大大提高變換率?；蛳劝炎儞Q氣中的氫氣單獨(dú)提出加到后面工序中去，同樣可以提高變換率。不過由于在變換氣中氫氣含量比較大，所以把氫氣提出的方案不經(jīng)濟(jì)。催化劑活性催化劑的低溫活性越好，就可以得到更快的反應(yīng)速率和變換率?？傊?，在催化劑、壓力和工藝是一定的條件下要控制好一氧化碳的變換率，就要選好適宜的溫度和H2O/CO進(jìn)行控制。 在合成氨及制氫工業(yè)生產(chǎn)過程中，原料氣中的一氧化碳一般分兩次脫除。大部分一氧化碳通過變換反應(yīng)，將不可利用、較難脫除的一氧化碳變換為較易脫除的二氧化碳可以利用，同時(shí)得到與一氧化碳等量的氫氣。因此一氧化碳變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣制造的繼續(xù)。少量殘留的一氧化碳再通過后續(xù)的凈化方法(如銅洗、甲烷化、液氮洗等)加以脫除。一氧化碳變換反應(yīng)均需在催化劑作用下進(jìn)行，目前工業(yè)上使用的變換催化劑主要有Fe~Cr系中溫變換催化劑、Cu~zn系低溫變換催化劑和Co~Mo系耐硫變換催化劑。 以煤為原料，采用間歇制氣的制氣工藝，所制得的半水煤氣的典型組成如表24所示。表24 半水煤氣的典型組成組分H2COCO2N2CH4ArO2含量/%4030820此類工藝的后續(xù)凈化方法(脫除少量一氧化碳、二氧化碳)主要有銅洗凈化工藝和甲烷化凈化工藝，兩種工藝對(duì)變換工序的一氧化碳含量有不同的要求，％左右，％。變換工藝因此而有所不同。一、銅洗凈化的變換工藝與銅洗凈化工藝配套的變換工藝主要有中變工藝、中變串低變工藝、全低變工藝和中低低工藝等。使用Fe—Cr中變催化劑的中變工藝 如圖所示，壓縮來的半水煤氣經(jīng)飽和塔與循環(huán)熱水逆流接觸增濕提溫后，人蒸汽混合器補(bǔ)充蒸汽至變換爐入口要求的汽氣比，經(jīng)熱交換器與變換氣換熱提溫至變換爐人口要求的溫度后進(jìn)入變換爐。變換爐通常裝三段Fe~Cr中變催化劑，一二段間、二三段問采用水冷激方法降溫增濕。變換爐出口變換氣經(jīng)熱交換器加熱人口半水煤氣、水加熱器加熱循環(huán)熱水而降溫，再人熱水塔回收熱量后離開變換工序。中溫變換工藝在長期實(shí)踐過程中，進(jìn)行了不斷的改革和創(chuàng)新。主要有：①采用活性溫度低、催化活性高的Fe~Cr中變催化劑，降低了入爐溫度和汽氣比；②采用段間水冷激降溫措施，減少了系統(tǒng)的熱負(fù)荷，降低了阻力降，有利于節(jié)省蒸汽；③強(qiáng)化了熱量回收，提高了系統(tǒng)的熱利用率等。 工藝指標(biāo)為：人爐半水煤氣溫度320℃左右，熱點(diǎn)溫度460℃左右，出爐變換氣溫度380℃左右；出口CO％≤％，噸氨蒸汽消耗約800~1000kg/ tNH3。 Fe Cr 中變催化劑串Co Mo 耐硫低變催化劑的中串低工藝（一氧化碳變換工藝分析中串低工藝就是在Fe Cr 中變催化劑后再串接Co Mo 耐硫低變催化劑，中變氣經(jīng)熱交后入低變爐。為了控制低變爐的入口溫度,常在熱交換器與低變爐之間增設(shè)一調(diào)溫水加熱器或水冷激增濕器,將低變爐入口溫度控制在200 ℃左右,工藝如圖中串低工藝流程簡圖1. 飽和熱水塔　2. 水加熱器3. 熱水泵　4. 低變爐/ 蒸汽混合器5. 調(diào)溫水加　6. 熱交換器　7. 中變爐目前中串低工藝的工藝指標(biāo)為：入中變爐溫度320 ℃左右,熱點(diǎn)溫度460 ℃左右，出中變爐溫度400 ℃左右；入低變爐溫度200 ℃左右，出低變爐溫度240 ℃左右；中變爐出口CO 含量 5 % ，低變爐出口CO 含量在1. 2 %左右；入中變爐水汽比0. 5～0. 6 ，噸氨蒸汽消耗400～600 kg。 使用Co Mo 耐硫低變催化劑的全低變工藝 全低變工藝是在中串低工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,典型的工藝流程如圖所示全低變工藝流程簡圖1. 飽和熱水塔　2. 泵　3. 蒸汽混合器/ 水加熱器4. 熱交換器　5. 調(diào)溫水加1 　6. 變換爐　7. 調(diào)溫水加2目前全低變工藝的工藝指標(biāo)為：入爐溫度220 ℃左右,熱點(diǎn)溫度400 ℃左右,出變換爐溫度250 ℃左右；變換爐出口CO 含量1. 2 %左右,～ ，噸氨蒸汽消耗150～400kg。 Fe Cr 中變串2 段Co Mo 耐硫低變的中低低工藝中低低工藝是在吸收了中串低和全低變工藝優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,通常設(shè)2 段Fe Cr 中變催化劑后串2 段Co Mo耐硫低變催化劑，典型的工藝流程如圖所示。中低低工藝流程簡圖1. 飽和熱水塔　2. 泵　3. 蒸汽混合器/ 水加熱器4. 熱交換器　5. 調(diào)溫水加1 　6. 變換爐　7. 調(diào)溫水加2目前中低低工藝的工藝指標(biāo)為:入中變爐溫度320 ℃左右,熱點(diǎn)溫度460 ℃左右,出中變爐溫度400 ℃左右。低變爐每段入口溫度200 ℃左右,出口溫度約220 ℃；中變爐出口CO 含量10 %～12 % ,低變爐出口CO 含量在1. 2 %左右；～， 噸氨蒸汽消耗300 kg 左右。 根據(jù)分析及工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際情況,各工藝的工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)列于表25。表25 　各工藝的工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)照表項(xiàng)目中變工藝中串低工藝全低變工藝中低低工藝催化劑用量催化劑費(fèi)用使用周期(年)22/51/3/52/3/5年催化劑費(fèi)用出口CO含量(%)H2S含量(mg/m3)30200100噸氨蒸汽消耗(kg)800500250300 表25數(shù)據(jù)表明：中變工藝因蒸汽消耗大、出口CO含量高、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不佳已逐步被淘汰。中串低工藝節(jié)能效果雖較中變工藝有較大進(jìn)步,但仍較高,現(xiàn)正被全低變、中低低工藝所取代。全低變工藝和中低低工藝兩者各有特點(diǎn):全低變工藝在蒸汽消耗、設(shè)備生產(chǎn)能力等方面占有優(yōu)勢(shì),但存在對(duì)原料氣、水質(zhì)、汽質(zhì)等要求較高、H2S 濃度較高、操作穩(wěn)定性較差、年催化劑費(fèi)用較高等不足；中低低工藝在蒸汽消耗、設(shè)備生產(chǎn)能力方面略遜色,但在對(duì)原料氣、水質(zhì)、汽質(zhì)等要求與中串低工藝相似,操作習(xí)慣一致,操作的穩(wěn)定性也較好,年催化劑費(fèi)用較低。因此,在全低變工藝取得突破之前,以采用中低低工藝為宜。 二、甲烷化凈化的變換工藝 此類變換工藝主要有：兩次脫碳的Fe Cr 中變催化劑串Cu Zn 低變催化劑變換工藝、Fe Cr 中變催化劑串2 段Co Mo 耐硫低變催化劑的中低低深度變換工藝和全部使用Co Mo 耐硫低變催化劑的全低變深度變換工藝。下面介紹Fe Cr 中變串Cu Zn 低變的變換工藝Fe Cr 中變串Cu Zn 低變的變換工藝如圖5所示Fe Cr 中變串Cu Zn 低變工藝流程圖1. 飽和熱水塔　2. 泵　3. 水加熱器/ 蒸汽混合器4. 熱交換器　5. 中變爐　6. 段間換熱器7. 低變換熱器/ 蒸汽混合器　8. 低變爐 此工藝Fe Cr 中變部分與銅洗凈化流程中的Fe Cr 中變工藝基本一致,但由于需后串Cu Zn 低變催化劑(耐硫性能較差) ,一般要求進(jìn)入Cu Zn 106 ,因此以煤為原料制半水煤氣的工廠在Fe Cr 中變后無法直接串Cu Zn 低變。目前Fe Cr 中變串Cu Zn 低變的深度變換工藝的工藝指標(biāo)為:中變爐入口溫度320℃,熱點(diǎn)溫度460 ℃,出口溫度380 ℃，CO 含量≤ %；低變爐入口溫度200℃,出口溫度230℃,出口CO 含量≤0. 3 %； Fe Cr 中變?nèi)霠t汽氣比0. 8 左右,Cu Zn 低變?nèi)霠t汽氣比0. 15 左右，噸氨蒸汽消耗1200kg左右。 中低低深度變換工藝、全低變深度變換工藝的比較與銅洗凈化的中低低、全低變的比較基本相同,但因甲烷化凈化對(duì)變換氣中CO含量的要求更嚴(yán),操作范圍更小,因此全低變深度變換的操作不穩(wěn)定性在甲烷化凈化工藝中“影響”更大,后果亦更嚴(yán)重。酸性氣脫除的工藝較多，在以油、煤為原料的大型合成氨裝置中，碳技術(shù)最為常用，國產(chǎn)NHD法脫硫脫碳技術(shù)也有工業(yè)化應(yīng)用。低溫甲醇洗是用低溫的甲醇