合成氨生产技术(第二版)第三章一氧化碳的变换
一氧化碳的变换技术62.
一氧化碳的变换技术一、一氧化碳的变换的意义无论以固体、液体或气体原燃料所制取的煤气中均含有CO 。
CO 不是合成氨所需要的直接原料，而且对氨合成催化剂有毒害，因此必须清除。
生产中通常分两步法除去。
首先，利用CO 和水蒸气，在催化剂的作用下，发生化学反应，产生氢气和后工序易于脱除的CO 2，这一过程称为一氧化碳的变换，变换后的气体称为变换气。
因此，一氧化碳的变换，既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续（产生氢气）。
第二步，在后工序中采用铜氨液洗涤法、甲烷化或液氮洗涤法脱除变换气残余的微量CO 。
二、CO 变换基本原理和变换工艺条件的选择：1 CO 变换基本原理1）、变换反应可以用下式表示：催化剂CO ＋H2O(汽2＋H 2＋Q该反应是可逆、放热、等体积反应，降低反应温度，增加水蒸汽的添加量或者移走生成物中的CO 2，都会使反应向正方向移动。
只有在催化剂的作用下才有较快的反应速度。
2）变换反应是放热反应，反应热随温度的升高而有所减少，在227℃时反应热为：9522cal/mol ，在423℃时反应热为：9054cal/mol 。
3）变换反应的化学平衡在一定条件下，当变换反应的正、逆反应速度相等时，反应即达到平衡状态，其平衡常数为：Kp=(P CO2*P H2)/(P CO *P H2O )注： P CO2、P H2、P CO 、P H2O 各组分的平衡分压（或平衡组成）。
Kp 值越大，说明原料气中CO 转化越完全，达到平衡时变换气中残余的CO含量越少。
由于变换反应是放热反应，降低温度有利于平衡向右移动，因此平衡常数随温度的降低而增大。
250℃时为86.51,450℃时为：7.311。
在工业生产中，受催化剂装填量、设备投资的经济效益等因素影响，反应不可能也没必要达到平衡，只能尽可能接近平衡。
实际的流程组合中，一般利用高温段之后再进行低温变换，就是为了提高反应平衡常数，从而提高变换率，降低变换气CO含量。
一氧化碳变换1完整ppt课件
三、工艺流程
插入【动画】一氧化碳加压中温变换流程041086.swf
三、工艺流程
中温变换串低温变换流程 原料气经废热锅炉降温至3700C后进入中变炉， 反应后气体中CO的量降至3%左右，温度为420-4400C， 进入中变废热锅炉冷却到3300C，同时副产10MPa的 饱和蒸汽，再经甲烷化炉进气预热器冷却到2300C， 进入低变炉，使CO的含量降至0.3-0.5%，进入饱和 器使其达到饱和状态，脱碳贫液再沸器降温后，送 往脱碳工段。
三、工艺流程
插入【动画】一氧化碳中温变换串低温变换流程041084.swf
三、工艺流程
全低变工艺流程
半水煤气首先进入饱和塔，与塔顶流下的热水 逆流接触，两相间进行传热、传质，使半水煤气提 温增湿。出饱和塔气体进入气体分离器分离夹带的 液滴，并补充从主热交换器来的蒸汽，使汽气比达 到要求，温度升至180℃进入变换炉一段，经一段 催化剂层反应，温度升至350℃左右引出，在段间 换热器与热水换热，降温后进入二段催化剂层反应， 反应后的气体在主热交换器与半水煤气换热，并经 水加热器降温后进人三段催化剂层，反应后气体中 CO含量降至1％～1.5％离开变换炉。变换气依次经 第一水加热器、热水塔、软水加热器回收热量后进 人冷凝器冷却至常温。
低在温催、化高剂汽的气作比用和下反才应有过较程快中反不应断速移率走CO2.
的可逆、放热和反应前后体积不变的反应。
二、一氧化碳变换催化剂
中温变换催化剂 以Fe2O3为主体， 使用温度为350～550℃ 特点：选择性高，抗毒能 力强，但蒸汽消耗量大。
低温变换催化剂 以氧化铜为主体; 使用温度为180～280℃ 特点：低温活性好，但活 性温区窄，对硫、氯十分 敏感。
三、工艺流程
合成氨中一氧化碳变换工艺流程
合成氨中一氧化碳变换工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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第三章 一氧化碳
第一节 基本原理
• • • • • • • • • • 一、CO变换的化学平衡 1．平衡常数 2．变换率 二、影响变换反应平衡的因素 1．温度的影响 2．蒸汽添加量的影响 3．压力的影响 4．CO2的影响 5．副反应的影响 三、变换反应机理
第二节 一氧化碳变换催化剂
• • • • • • • • • 一、中温变换催化剂 1．组成与性能 2．催化剂的还原与氧化 3．催化剂的中毒和衰老 4．催化剂的维护与保养 二、低温变换催化剂 1．组成和性能 2．催化剂的还原与氧化 3．催化剂的中毒
第一节 基本原理
• 一、CO变换的化学平衡 • 变换反应用下式表示： • CO+H 2 O=CO 2 +H 2
H o =-41.19KJ/mol 298
(3-1)
• 反应的特点是可逆、放热、等体积的反应， 无催化剂时反应较慢。只有在催化剂作用 下反应速率才能加快。
• 1．平衡常数 • 在一定条件下，当变换反应的正、逆反应 速率相等时，反应达到平衡状态，其平衡 常数 PCO PH y CO y H Kp = = PCO PH O y CO y H O • (3-2) • 式中 P ,P ，CO ,PH O—各组分的平衡分压，大 P 气压； y • y CO , y H ，CO , y H O —各组分的平衡组成，摩 尔分数。
第三节 一氧化碳变换工艺条件的选 择
• • • • • • • • • 一、中变工艺条件 1．操作温度 2．操作压力 3．汽气比 4．空间速度 二、低变工艺条件 1．温度 2．压力和空间速度 3．入口气体中一氧化碳
第四节 变脱岗位的操作要点
• • • • • • • • • • • • • • • • • 一、任务 二、变脱工段工艺流程 三、变换工段的主要设备 1．饱和热水塔 2.变换炉结构 3.预腐蚀分离加热器 四、生产操作要点 1．保证脱硫液质量 2．保证变换气脱硫效果 3．防止带液和跑气 五、开停车操作 1．正常开车 2．停车 六、不正常情况的分析及处理 1．脱硫后硫化氢含量高 2．溶液组分浓度低 3．溶液变浑浊
一氧化碳变换
由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以 利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。 第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第 二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此， CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程， 为后续脱碳过程创造条件。
• 变化反应热力学
• 反应方程式
结论：在原料气组成一定的条件下，随着温度的降低，变换气 中CO的平衡含量降低，CO 转化率提高；水蒸气的加入量对转 化率有影响，水蒸气的加入量 ， CO转化率 。
• 生产实际中反应并没有达到平衡，故常用实际变 换率x表示。
• 以1 mol干原料气为基准，对反应过程中的CO做 物料衡算得
ya yax yax 1 ya
0.009210
450
0.120184
0.036818
0.020748
0.014310
500
0.141059
0.050849
0.029791
0.020951
550
0.161286
0.066249
0.040362
0.028866
600
0.180547
0.082407
0.052123
0.037937
备注 原料干基组成：CO:31.7% CO2:8% H2: 40% N2:20.3%
主活性组分，还 原成Fe3O4后具 有活性
稳定剂，分散在 助催化剂， Fe3O4晶粒之间，提 提高催化剂 高催化剂的耐热性 的活性 和活性，防止Fe3O4 过渡还原为FeO
提高耐 热和耐 硫性能
表 1.3
• 起活性的成份是Fe3O4，催化剂使用前要还原： • 3Fe2O3(s) + CO(g) = 2Fe3O4(s) + CO2(g) • 3Fe2O3(s) + H2(g) = 2Fe3O4(s) + H2O(g) • 还原过程中，除转化成Fe3O4外，还可转化为FeO, Fe等，
一氧化碳变换
中温变换工艺设计方案目录前言 (2)1、背景 (2)2、分类 (2)3、工艺方法的选择 (2)反应原理 (3)中温变换催化剂 (4)工艺流程 (6)工艺条件 (7)设计体会与收获 (8)参考文献 (9)前言氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。
粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。
因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。
最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。
1、背景变换是合成氨生产中的重要工序，同时也是一个耗能重点工序，而外加蒸汽量的大小，是衡量变换工段能耗的主要标志。
因此，尽量减少其用量对其过程的节能降耗具有重要意义。
从70年代以来，我国在变换工艺的节能降耗方面，进行了大量的科研开发和技改工作，先后开发了中变、中变串低变、全低变等变换工艺，使蒸汽消耗量从传统的中变消耗1 t／tNH 以上，降低到200 kg／tNH，从而形成一种能耗低、稳定可靠、周期长的变换工艺。
2、分类一氧化碳变换的工艺流程包括中变-低变串联流程、多段中变流程、全低变流程、中低低流程等。
3、工艺方法的选择变换工艺流程的设计，首先应依据原料气中的一氧化碳含量高低来加以确定。
以煤为原料气的中小型氨厂制得的半水煤气中含有较高的一氧化碳，所以需采用多段中变流程。
中变催化剂操作温度范围较宽，而且价廉易得，使用寿命长。
因此，在一氧化碳转换工艺设计中，我组选用中温变换工艺。
反应原理变换反应可用下式表示：此外，一氧化碳与氢之间还可发生下列反应（1-2） O H C H CO 22+⇔+（1-3）但是，由于变换所用催化剂对反应式（1-1）具有良好的选择性，从而抑制了其他副反应的发生。
一氧化碳的变换
一氧化碳变换时半水煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，水蒸气反应，生成二氧化碳和氢的工艺过程。
通过变换即除去了一氧化碳，又得到了合成氨的原料气氢和氨加工的原料气二氧化碳。
近年来，变换工段由于采用了低温高活性的催化剂和高串低，高-低-低（俗称“中串低”、“中-低-低”），全低变等多种新工艺流程，加强了热量回收利用，工段面貌发生了很大变化。
1、一氧化碳变换反应的基本原理时什么？其反应的特点时怎么样的？一氧化碳变换反应是在一定条件下，半水煤气中的一氧化碳和水蒸气反应生成氢气和二氧化塔的工艺过程。
CO + H2O <==> CO2 +H2＋41kj/mol这是一个可逆放热反应，从化学平衡来看，降低反应温度，增加水蒸气用量，有利于上述可逆反应向二氧化碳和氢气的方向移动，提高平衡变换率。
但是水蒸气增加到一定值后，变换率增加幅度会变小。
温度对变化反应的速度影响较大，而且对正逆反应速度的影响不一样。
温度升高，放热反应即上述变换反应速度增加的慢，逆反应（吸热反应）速度增加得快。
因此，当变换反应开始时，反应物浓度大，提高温度，可加快变换反应，在反应的后一段，二氧化碳和氢的浓度增加，逆反应速度加快，因此，需降低反应温度，使逆反应速度减慢，这样可得到较高的变换率。
提高变化压力，分子间的有效碰撞次数，可以加快变换反应速度，提高催化剂的生产能力。
2“高串低”工艺与传统的高温变换工艺主要有什么不同？有何优点？传统的高温变换工艺，变换炉入口温度一般控制在320～340℃。
在流程设置上一般是一个变换炉，炉内装填铁-铬系催化剂，分两段或三段，半水煤气从上到下一次通过各段催化此后即完成变换过程。
“高串低”工艺与创痛的高温变换工艺主要不同之处是在原高变炉之后，又串联了一个装有钴-钼系列耐硫宽温催化剂的低变炉，形成高变串低变的工艺流程。
耐硫宽温变换催化剂在“高串低”工艺中被利用做低变催化剂。
低变炉入口气体温度一般可控制在210～230℃。
第3章_一氧化碳变换
最佳操作温度
动力学的影响
高温加快反应速度
Te 平衡温度 Tm 最适宜操作温度 E1正反应活化能 E2逆反应活化能 平衡温度和最适宜温度的关系随温度的关系 使反应沿最适宜温度曲线进行时反应器利用率最大、 催化剂用量最少
P101
a 单段绝热式
原料气
x x
平衡温度线 最佳温度线
催化剂
操作线 产物
T0
T1
2 3
4
难点：方案的确定和流程的布臵
第一节 一氧化碳变换的基本原理及热力学
一、化学平衡和平衡转化率
1、热效应 反应热：⊿H298,R＝-4.868-1.2184T+1.1911×10-3T2-4.0625×10-6T3
温度/℃ 25 -41.18 200 -40.07 250 -39.67 300 -39.25 350 -38.78 400 -38.32 450 -37.86 500 -37.3
载体：蒸汽
（2）钝化
在反应设备中具有活性的催化剂需要卸出时，通入含 微量氧的惰性气体或其他气体(如水蒸气)，使其生成
氧化膜，卸出时能安全和空气接触而不致剧烈燃烧， 这种操作称为催化剂的钝化。
（3）中毒与再生 常见的毒物是硫的化合物
Fe3O4十3H2S十H2＝3FeS十4H2O
硫化物含量越多，催化剂活性降低越大 催化剂床层温度越低，活性降低也越大
T
(b)多段原料气间接换热式
变换气
AB：一段操作曲线 BC：一二段间等变换率降温 CD：二段操作曲线 DE: 二三段间等变换率降温 EF：三段转化率 F点：出口CO含量
Ⅰ
原料气
Ⅱ Ⅲ
(c)多段原料气冷激式
变换气
Ⅰ
第三章合成氨生产技术
第三章合成氨生产技术知识目标●了解氨的性质、用途、贮存和合成氨技术的发展，原料气制备的主要设备；●理解制气、净化和氨合成的基本原理及工艺参数条件分析方法，各种催化剂的组成和使用条件；●掌握不同原料的制气方法、特点和条件，原料气净化方法、特点和要求，氨合成工艺控制条件、及工艺流程图的阅读分析和合成塔的结构特点。
能力目标●能分析、判断和选择合成氨制气、净化、合成的工艺条件；●能阅读和绘制合成氨生产工艺流程图以及设备简图；●能进行合成氨生产过程中有关物料、热量衡算及原材料消耗、生产能力等工艺计算能力。
第一节概述氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其他化工产品的主要原料。
现约有80%的氨用于制造化学肥料，除氨本身可用作化肥外，可以加工成各种氮肥和含氮复合肥料，如尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵等。
可以生产硝酸、纯碱，含氮无机盐等。
氨还被广泛用于有机化工、制药工业、化纤和塑料工业以及国防工业中。
因此，氨在国民经济中占有重要地位。
目前氨是由氮气和氢气在高温、高压和催化剂作用下直接合成而得。
查一查氨的发现和合成氨的发展除电解法外，不管用何种原料制得的粗原料气中都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳，这些物质都是氨合成催化剂的毒物，在进行合成之前，需将其彻底清除。
因此，合成氨的生产过程包括以下三个主要步骤。
原料气的制取制备含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。
原料气的净化指除去原料气中氢气、氮气以外的杂质，一般由原料气的脱硫，一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，原料气的精炼等组成。
原料气压缩与合成将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力，在铁催化剂与高温条件下合成为氨。
第二节原料气的制备目前，合成氨生产原料按状态分主要有固体原料，如焦炭和煤；气体原料，如天然气、油田气、焦炉气、石油废气、有机合成废气；液体原料，如石脑油、重油等。
生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭），烃类蒸汽转化法（气态烃、石脑油），重油部分氧化法（重油）。
一氧化碳变换
一氧化碳变换概述一氧化碳的变换是指煤气借助于催化剂的作用，在一定温度下，与水蒸气反应，一氧化碳生成二氧化碳和氢气的过程。
通过变换反应既除去了煤气中的一氧化碳，又得到了制取甲醇的有效气体氢气。
因此，变化工段既是转化工序，又是净化工序。
前工段来的煤气中，一氧化碳含量高，通过变换反应以后，要求达到工艺气体中的CO/H2约为2.05~2.1的关系，以满足甲醇合成的要求。
一氧化碳变换反应是在催化剂存在的条件下进行的，是一个典型的气固相催化反应。
60年代以前，变换催化剂普遍采用Fe-Gr催化剂，使用温度范围为350~550℃，60年代以后，开发了钴钼加氢转化催化剂和氧化锌脱硫剂，这种催化剂的操作温度为200~280℃，为了区别这两种操作温度不同的变换过程，习惯上将前者称为“中温变换”，后者称为“低温变换”。
按照回收热量的方法不同，变换又可分为激冷流程和废锅流程，冷激流程中，冷激后的粗原料气已被水蒸气饱和，在未经冷却和脱硫情况下直接进行变换，因此，两种流程按照工艺条件的不同选用不同的催化剂，激冷流程采用Co-Mo耐硫变换催化剂，废锅流程采用Fe-Cr 变换催化剂。
第一节变换反应原理变换过程为含有C、H、O三种元素的CO和H2O共存的系统，在CO变换的催化反应过程中，除了主要反应CO+H2O＝CO2+H2以外，在某种条件下会发生CO分解等其他副反应，分别如下：2CO＝C+CO22CO+2H2＝CH4+CO2CO+3H2＝CH4+H2OCO2+4H2＝CH4+2H2O这些副反应都消耗了原料气中的有效气体，生成有害的游离碳及无用的甲烷，避免副反应的最好方法就是使用选择性好的变换催化剂。
一、变换反应的热效应一氧化碳变换反应是一个放热反应，CO+H2O＝CO2+H2+41kJ/gmol反应的热效应视H2O的状态而定，若为液态水，则是微吸热反应，若是水蒸气，则为放热反应。
变换反应的反应热随温度的升高而降低，具体反应热列表如下：表1 CO+H2O＝CO2+H2的反应热压力对变换反应的反应热影响较小，一般不做考虑。
合成氨生产技术(第二版)第三章一氧化碳的变换
二、影响变换反应平衡的因素
1.温度的影响
二、影响变换反应平衡的因素
2.蒸汽添加量的影响
二、影响变换反应平衡的因素
3.压力的影响
4.
的影响
5.副反应的影响
三、变换反应机理
第二节 一氧化碳变换催化剂
1 中温变换催化剂 2 低温变换催化剂
一、中温变换催化剂
1.组成与性能
一、中温变换催化剂
2.催化剂的还原与氧化
一、中温变换催化剂
3.催化剂的中毒和衰老 4.催化剂的维护与保养
二、低温变换催化剂
1.组成和性能 2.催化剂的还原与氧化
3.催化剂的中毒
第三节 一氧化碳变换工艺条件的选择
1 中温变换工艺条件 2 低温变换工艺条件
一、中温变换工艺条件
1.操作温度 2.操作压力 3.汽气比 4.空间速度
二、低温变换工艺条件
入口气体中一氧化碳第四节变换工段的工艺流程及操作要任务变换工段工艺流程主要危险因素分析一任务将来自压缩工段的半水煤气中的一氧化碳在高温加压条件下借助催化作用与水蒸气进行变换反应生成二氧化碳和氢气制得合格的变换气系统中设有若干换热设备以合理利用反应热和充分回收余热降低能耗
第三章 一氧化碳的变 换
第二章 一氧化碳的变换
1.煤气中饱和水蒸气含量 2.煤气中实际水蒸气含量
五、变换气的露点
六、循环水用量
Thank you
1 基本原理 2 一氧化碳变换催化剂 3 一氧化碳变换工艺条件的选择 4 变换工段的工艺流程及操作要点 5 生产控制指标的计算
第一节 基本原理
1 ＣＯ变换的化学平衡 2 影响变换反应平衡的因素 3 变换反应机理
一、ＣＯ变换的化学平衡
1.平衡常数
一氧化碳变换反应工艺流程
一氧化碳变换反应工艺流程一氧化碳变换流程有许多种，包括常压、加压变换工艺，两段中温变换（亦称高变）、三段中温变换（高变）、高-低变串联变换工艺等等。
一氧化碳变换工艺流程的设计和选择，首先应依据原料气中的一氧化碳含量高低来加以确定。
一氧化碳含量很高，宜采用中温变换工艺，这是由于中变催化剂操作温度范围较宽，使用寿命长而且价廉易得。
当一氧化碳含量大于15%时，应考虑将变换炉分为二段或多段，以使操作温度接近最佳温度。
其次是依据进入变换系统的原料气温度和湿度，考虑气体的预热和增湿，合理利用余热。
最后还要将一氧化碳变换和残余一氧化碳的脱除方法结合考虑，若后工序要求残余一氧化碳含量低，则需采用中变串低变的工艺。
一、高变串低变工艺当以天然气或石脑油为原料制造合成气时，水煤气中CO含量仅为10%～13%（体积分数），只需采用一段高变和一段低变的串联流程，就能将CO含量降低至0.3%，图2-1是该流程示意图。
图2-1一氧化碳高变-低变工艺流程图1-废热锅炉2-高变炉3-高变废热锅炉4-预热器5-低变炉6-饱和器7-贫液再沸器来自天然气蒸气转化工序含有一氧化碳约为13%~15%的原料气经废热锅炉1降温至370℃左右进入高变炉2，经高变炉变换后的气体中一氧化碳含量可降至3%左右，温度为420~440℃，高变气进入高变废热锅炉3及甲烷化进气预热器4回收热量后进入低变炉5。
低变炉绝热温升为15~20℃，此时出低变炉的低变气中一氧化碳含量在0.3%~0.5%。
为了提高传热效果，在饱和器6中喷入少量软水，使低变气达到饱和状态，提高在贫液再沸器7中的传热系数。
二、多段中变工艺以煤为原料的中小型合成氨厂制得的半水煤气中含有较多的一氧化碳气体，需采用多段中变流程。
而且由于来自脱硫系统的半水煤气温度较低，水蒸气含量较少。
气体在进入中变炉之前设有原料气预热及增湿装置。
另外，由于中温变换的反应放热多，应充分考虑反应热的转移和余热回收利用等问题。
一氧化碳变换
目录一、二、三、四、一发展历史············································五、二反应原理············································六、三催化剂············································七、四工艺条件············································八、五工艺流程············································九、六主要设备············································十、七结论············································中变串低变方案设计一. 发展历史目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。
合成氨厂CO变换工艺设计说明书
68t氨/d 合成氨厂CO变换工艺设计摘要氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与氨合成。
一氧化碳变换是指一氧化碳与水蒸气反应生产二氧化碳和氢气的过程。
在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。
在合成氨生产中，原料气中的一氧化碳都来源于含碳氢物质，如煤、天然气、油等。
半水煤气则是以煤为原料制得的含有氢气和一氧化碳等多种气体的混合物。
一氧化碳会使催化剂中毒，而合成氨工艺中所需的氢气则是一氧化碳和水反应制得。
因此在氨合成过程中必须进行一氧化碳变换。
这样不但去除了一氧化碳同时产生了合成氨的原料气氢气。
本次设计的主要任务是设计完成合成氨过程中净化车间一氧化碳多段变换的工艺流程。
本次设计采用中变串低变的工艺流程，在本流程中使用宽变催化剂可使操作条件有较大变化。
它使入炉煤气的蒸汽比有较大幅度的降低，而且使一氧化碳含量降低。
正是由于选用宽温催化剂，使得反应条件得以大大改进。
选用该流程的目的是为了让原料气净化程度高，流程简单，操作方便，稳定性好，催化剂使用时间长。
设计说明书包括三部分：工艺设计说明、变换工段的工艺计算及主要设备的工艺计算。
另外，附有四张设计图纸：一张管道及仪表流程图，一张平面布置图，一张物料流程图及一张设备一览表。
关键词：半水煤气、CO变换、催化剂The CO Transform Process DesignOf 68t ammonia/d Synthetic Ammonia plantAbstractAmmonia is an important chemical product, mainly for the production of chemical fertilizers. The production of synthetic ammonia has developed into a mature chemical production process through years of development. It is mainly divided into: the preparation of the raw gas; the purification of the raw gas and a the synthesis of mmonia.The transformation of carbon monoxide refers to the production of carbon monoxide and hydrogen response with carbon dioxide and water. It plays a very important role in the synthetic ammonia process. In the production of synthetic ammonia the carbon monoxide is containing comes from hydrocarbon, such as coal, oil and gas, etc. Semi-water gas is made for the raw coal and a mixture of gases including hydrogen and carbon monoxide. Carbon monoxide will make catalyst poisoned in the process , but hydrogen is made for the reaction of water and carbon monoxide. Therefore in the ammonia synthetic process must have the transformation of carbon monoxide. In addition to this , it also products the hydrogen gas which is the materal gas of synthetic ammonia. The main task of the design is to complete the transformation of carbon monoxide which is a part of the purification workshop of ammonia synthetic process . This design use the process of low temperature combined middle temperature, and the use of the wide temperature shift catalyst can make a significant changes in the operating conditions. It makes the ratio of steam into the furnace gas reduced significantly, and reduce the level of carbon monoxide. The reaction conditions can be improved greatly because of the selection of the wide temperature catalyst. The choice of using the process is to let the raw gas have a high degree purification, have a simple process , easy to operate, stability is good, catalyst have a long use time.The design specification includes three components: the design specifications of the process, the process calculation of the transform section and the process calculation ofmain equipment. In addition, four design drawings is accompanied: a piping and instrumentation diagrams, a layout plan, a material flow chart and an equipment list. Keywords: Semi-water gas, CO shift, catalyst目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (1)第一章一氧化碳变换的工艺说明 (2)1.1设计依据 (2)1.2原料动力学消耗定额和消耗量 (2)1.3一氧化碳变换原理 (2)1.4一氧化碳变换催化剂 (3)1.4.1 铁-铬系一氧化碳中温变换催化剂 (3)1.4.2 一氧化碳宽温耐硫变换催化剂 (4)1.5工艺流程说明 (5)1.6设备选型及布置 (8)1.6.1设备选型的基本要求 (8)1.6.2 设备布置说明 (8)1.7三废治理说明 (9)1.8本工段各种工艺操作指标 (10)第二章一氧化碳变换工艺计算 (11)2.1设计条件 (11)2.2中温变换炉物料及热量计算 (12)2.2.1干变换气量及变换率的计算 (12)2.2.2 总蒸汽比（汽/气）的计算 (13)2.2.3中变炉一段催化剂层物料及热量衡算 (14)2.2.4 中变炉二段催化剂层物料及热量计算 (20)2.3低温变换炉物料及热量计算 (24)2.3.1 物料计算 (24)2.3.2 热量衡算 (25)2.3.3平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线计算 (26)2.4饱和热水塔出口温度的估算 (27)2.4.1 水加热器出口变换气温度计算 (27)2.4.2 热水塔出口排水温度 (27)2.4.3饱和塔出口半水煤气温度 (28)2.5中间换热器物料及热量计算 (28)2.5.1蒸汽过热段 (28)2.5.2 半水煤气换热器 (30)2.6主热交换器物料及热量横算 (31)2.6.1 已知条件 (31)2.6.2 进设备半水煤气温度计算 (32)2.6.3 出热交换器的变换气温度计算 (33)2.7调温水加热器中变换气放出的热量计算 (34)2.8水加热器中低变气放出热量计算 (35)2.9饱和热水塔物料及热量计算 (36)2.9.1饱和塔物料及热量计算 (36)2.9.2热水塔物料及热量计算 (38)2.9.3 进饱和塔水温核算 (41)第三章典型设备计算 (41)3.1中温变换炉计算 (42)3.1.1已知条件 (42)3.1.2催化剂用量计算 (43)3.1.3催化剂床层直径的确定 (44)3.2低温变换炉计算 (46)3.2.1 已知条件 (46)3.2.2 催化剂用量计算 (47)3.2.3 催化剂床层直径的确定 (47)3.3饱和热水塔计算 (48)3.3.1 饱和塔计算 (48)3.3.2 热水塔计算 (53)参考文献 (59)附录1 (60)附录2 (61)附录3 (62)附录4 (63)致谢 (64)前言合成氨是化学工业的重要组成部分，在国民经济中有相当重要的位置。
一氧化碳的变换
中低低变1.绪论CO变换是合成氨生产中的重要工序，同时也是一个耗能重点工序，而外加蒸汽量的大小，是衡量变换工段能耗的主要标志。
因此，尽量减少其用量对过程的节能降耗具有重要意义。
从70年代以来，我国在变换工艺的节能降耗方面，进行了大量的科研开发和技改工作，先后开发了中变串低变、全低变等变换工艺，使蒸汽消耗量从传统的中变消耗1 t／tNH3以上，降低到200 kg／tNH3，从而形成一种能耗低、稳定可靠、周期长的变换工艺。
2.设备选取一氧化碳变换方案的选取，说到底就是以运行稳定可靠，节省投资为前提，节能降耗为目的而进行。
近年来，围绕一氧化碳节能变换，科研院所汇同生产企业成功地开发和应用了中低低、全低温变换等新工艺，但根据小合成氨厂的原料来源及生产特点，我们认为中低低变换工艺更为合适.就CO+H2O=CO2+H2+Q平衡反应而言，温度愈低愈有利于变换反应，蒸汽消耗量愈低；但反应温度过低，尽管有催化剂的催化作用，但反应速度相对大大减慢。
所以，目前凡使用Co-Mo系催化剂全低变工艺，为求得高的反应速度，又不至发生反硫化，上段床层温度一般为350℃左右.多数中、小合成氨厂的原料煤质变化大，致使半水煤气的量、质变化大，特别是氧、硫化物的含量变化太。
氡含量偏高和超标直接影响全低变触煤的寿命。
硫化氢含量过低．低变触煤容易出现反硫化，过高对设备腐蚀加剧、影响碳铵质量，严重时甚至危及精炼工段正常生产。
固此，有的厂家为解决这一难题设臵二级脱硫， (全低变前设臵一级脱硫，碳化工段后设臵二级脱硫)．这样不仅增加了合成氨、碳铵生产的流程和阻力，而且增加了设备投资及操作费用。
全低变催化剂虽是宽温触煤，但生产实践中因氧含量跑高上段触煤老化严重失活，每年必须补充或更换一部分昂贵的新触煤。
采用中低低变换，因中变反应温度450-470℃有利于有机硫转化为容易清除的无机硫，便于铜洗清除及避免合成触煤慢性中毒、老化 .中低低变换新工艺根据平衡理论，对系统余热实现从低位能向高位能逐级回收。
粗原料气的制取—一氧化碳变换(合成氨生产)
（1）硫化
Co－Mo系耐硫变换催化剂出厂时成品是以氧化物状态存在的，活 性很低，需要通过硫化，使其转化为硫化物方能显示其活性。催化剂 装入变换炉后，用含硫的工艺气体进行硫化。
（2）反硫化
由于催化剂的活性组分在使用时是以硫化物形式存在的，在CO变 换过程中，气体中有大量水蒸气，催化剂中的活性组分MoS2与水蒸气 有一水解反应平衡关系，化学反应式为：
• 变换反应进行的程度用变换率（平衡转化率）表示，即已经转换的一氧化碳量与变换前
的总一氧化碳量之比：
x (nCO n'CO ) nCO
• 变换过程存在H2O，气体组成表示有两种方式；一种是包括H2O的湿基组成，一种是不 包括H2O的干基组成。
• 若分析得到变换前后CO的干基组成分别为y和y’ ，1mol干基气体变换后为(1＋y·x)mol的
来源
原料气
原料气 高变催化剂 工艺蒸汽或 冷激用水
毒害作用
损害物理性能； 氨溶解在冷凝水 中，会溶解铜
中毒程度
要求
暂时性
低变温度要高 于气体露点
生成硫化亚铜 永久性 小于1cm3/m3
氯化铜
永久性
小于 0.03ml/m3
Fe-Cr系（高变）：活性温度高，抗硫性差。寿命为3~5年 Cu-Zn系（低变）：低温活性好，但活性温度范围窄，对硫十分敏感，寿命短。
CONTENTS
01
03
02
04
一氧化碳变换：既是原料气制造的继续，又是净化过程。粗 原料气含CO 12 % ~40%，通常分两步将CO除去：
高温变换
一氧化 碳变换
使大部分CO转化为CO2和H2
低温变换
一氧化 将CO 降到0.3%左右 碳变换
合成氨变换
（4）湿变换气中蒸汽的冷凝温度高，利于热能的回收利用。
但压力提高后，设备腐蚀加重，且必须使用中压蒸汽。
加压变换有其缺点，但优点占主要地位，因此得到广泛采用。目前中型甲醇厂变换操作压力一般为0.8MPa～3.0MPa。
3．汽气比
增加水蒸气用量，既有利于提高一氧化碳的变换率，又有利于提高变换反应的速率，为此，生产上均采用过量的水蒸气。
铁铬系催化剂是一种棕褐色圆柱体或片状固体颗粒，在空气中易受潮，使活性下降。还原后催化剂遇空气则迅速燃烧，失去活性。硫、氯、硼、磷、砷的化合物及油类物质，都能使催化剂暂时或永久性中毒，各类铁铬催化剂都有一定的活性温度和使用条件。
铁铬系催化剂中，氧化铁需还原为四氧化三铁才具有活性，生产上一般利用煤气中的氢和一氧化碳进行还原，其反应式如下
氧化铜对变换反应无催化活性，使用前要用氢或CO还原具有活性的单质铜，其反应式如下
在还原过程中，催化剂中的氧化锌、氧化铝、氧化铬不会被还原。氧化铜的还原是强烈的放热反应，且低变催化剂对热比较敏感，因此，必须严格控制还原条件，将床层温度控制在230℃以下。
还原后的催化剂与空气接触产生下列反应
若与大量空气接触，其反应热会将催化剂烧结。因此，要停车换新催化剂时还原态的催化剂应通少量空气进行慢慢氧化，在其表面形成一层氧化铜保护膜这就是催化剂的钝化。钝化的方法是用氮气或蒸汽将催化剂层的温度降至150℃左右，然后在氮气或蒸汽中配入0.3％的氧，在升温不大于50℃的情况下，逐渐提高氧的浓度，直到全部切换为空气时，钝化即告结束。
（1）有很好的低温活性，使用温度比Fe-Cr系催化剂低130℃以上，而且有较宽的活性温度范围（180~500℃），因此被称为宽温变换催化剂。
任务三：一氧化碳变换的生产操作
合成氨生产技术教案教学过程【导入新课】教师活动学生活动时间分配提问：变换温度确定原则？讨论3分钟【讲授新课】一、变换工艺流程与主要设备CO变换工艺流程有多种类型，如多段中变流程、中变串低变流程、全低变流程等。
如何选用主要取决于原料气中CO含量高低、变换气中残余CO的脱除工艺等。
如原料气中CO含量高，或者是联醇工艺中允许变换气中有较高的CO含量，则应采用多段中变工艺，因为中变催化剂操作温度范围宽、价廉易得、使用寿命长；反之，原料气中CO含量不高，可采用中变-串低变流程，如天然气蒸汽转化法制氨流程，这样可简化流程、降低能耗。
1.多段中变流程2、主要设备（1）变换炉：在其中发生变换反应（2）饱和塔和热水塔饱和塔作用：是提高原料气的温度，增加原料气中水蒸气含量，以节省补充蒸汽量。
热水塔作用：回收变换气中的蒸汽和显热，提高热水温度，以供饱和塔使用。
二、变换过程操作要点（一）、原始开车①对照图纸，全面核对。
所有设备是否安装就绪；所有管线、阀门是否连接配齐；所有仪表管线、测温点、压力表是否配置齐全；所有电气开关及照明安装是否正确、开关是否灵活。
②空气吹净。
③空气试压。
④催化剂装填。
⑤系统置换。
⑥煤气风机及煤气进口管道置换。
（二）、正常开车①全面检查系统所有设备、管线、阀门，仪表、电器设备应符合开、停车要求。
②联系调度送中压蒸汽暖管，排放冷凝水，待炉温达200℃可导气。
③无论何种情况床层温度都不能低于露点温度（1.35MPa—140℃），否则煤气中【课堂小结】本节课完成的任务是掌握了合成氨变换生产装置正常开车步骤以及明确了合成氨变换生产装置正常操作要点在学习过程中应注意：1．要多联系生活和生产实际。
2．基础知识学习要严谨，遵从科学原理、科学方法。
3．要多种知识结合起来进行学习。
【课后作业】1、无论何种情况变换床层温度都不能低于多少？2、饱和塔、热水塔作用？3、简述出系统CO含量增高原因及处理办法？4、移除反应热方式？。
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二、低温变换工艺条件
1.温度 2.压力和空间速度 3.入口气体中一氧化碳
第四节 变换工段的工艺流程及操作要 点
1 任务 2 变换工段工艺流程 3 变换工段的主要设备 4 正常操作要点 5 开、停车操作 6 故障情况及处理 7 主要危险因素分析
一、任务
将来自压缩工段的半水煤气中的一氧化碳，在高温、加 压条件下，借助催化作用，与水蒸气进行变换反应，生 成二氧化碳和氢气，制得合格的变换气，系统中设有若 干换热设备，以合理利用反应热和充分回收余热，降低 能耗。
四、正常操作要点
1.催化剂层温度的控制 2.变换气中一氧化碳含的控制 3.加强热量回收，降低能量消耗。 4.防止带液和跑气 5.循环水质
五、开、停车操作
（一）正常开车 1.开车前的准备 2.开车前的置换 3.开车 （二）停车 1.短期停车 2.紧急停车 3.长期停车及催化剂的降温与卸出
五、开、停车操作
第三章 一氧化碳的变 换
第二章 一氧化碳的变换
1 基本原理 2 一氧化碳变换催化剂 3 一氧化碳变换工艺条件的选择 4 变换工段的工艺流程及操作要点 5 生产控制指标的计算
第一节 基本原理
1 ＣＯ变换的化学平衡 2 影响变换反应平衡的因素 3 变换反应机理
一、ＣＯ变换的化学平衡
1.平衡常数
一、ＣＯ变换的化学平衡
二、变换工段工艺流程
变换工段工艺流程见课本P112图3-3
三、变换工段的主要设备
1.饱和热水塔工作原理 2.饱和热水塔的腐蚀形式 （1）物理摩擦 （2）电化学腐蚀 （3）应力腐蚀 3.饱和热水塔的防腐措施 （1）改进原始的结构设计 （2）电化学保护
三、变换工段的主要设备
（3）处理腐蚀介质保护 （4）覆盖层保护 4.变换炉结构 5.预腐蚀分离加热器
七、主要危险因素分析
8.中毒 9.高温法兰泄漏着火 10.自控系统出现故障 11.系统超温超压
第五节 生产控制指标的计算
1 一氧化碳变换率 2 变换气体积 3 变换气成分 4 煤气中的蒸汽含量 5 变换气的露点 6 循环水用量
一、一氧化碳变换率
二、变换气体积
三、变换气成分
四、煤气中的蒸汽含量
（三）原始开车 1.开车前的准备 2.单体试车 3.系统吹净和清洗 4.装填催化剂 5.系统气密试验和试漏
六、故障情况及处理
六、故障情况及处理
接上图
七、主要危险因素分析
1.蒸汽压力低于系统压力，工艺气串入蒸汽系统 2.蒸汽管路液击 3.饱和塔无液位，煤气冲破水封，串入变换气中 4.系统压差大 5.低变系统电炉着火 6.系统管道、设备腐蚀 7.煤气氧含量超标
1.煤气中饱和水蒸气含量 2.煤气中实际水蒸气含量
五、变换气的露点
六、循环水用量
Thank you
一、中温变换催化剂
2.催化剂的还原与氧化
一、中温变换催化剂
3.催化剂的中毒和衰老 4.催化剂的维护与保养
二、低温变换催化剂
1.组成和性能 2.催化剂的还原与氧化
3.催化剂的中毒
第三节 一氧化碳变换工艺条件的选择
1 中温变换工艺条件 2 低温变换工艺条件
一、中温变换工艺条件
1.操作温度 2.操作压力 3.汽气比 4.空间速度
一、ＣＯ变换的化学平衡
2.变换率
二、影响变换反应平衡的因素
1.温度的影响
二、影响变换反应平衡的因素
2.蒸汽添加量的影响
二、影响变换反应平衡的因素
3.压力的影响
4.
的影响
5.副反应的影响
三、变换反应机理
第二节 一氧化碳变换催化剂
1 中温变换催化剂 2 低温变换催化剂
一、中温变换催化剂
1.组成与性能