年产15万吨合成氨CO变换工段工艺设计开题报告
合成氨生产经过多年的发展，目前已经成为一种成熟的化工生产工艺。合成氨的主要工序为：原料气的制备；原料气的净化；原料气的压缩；氨的合成。粗原料气中常含有大量的CO，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与水蒸气的反应，使其转化为易于清除的CO2 和氨合成所需要的H2。剩余少量的 CO 用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。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。变换工段是指CO与水蒸气反应生成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。
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。所谓中变串低变流程，就是在B106等Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo系宽温变换催化剂。在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。由于中变后串了宽变催化剂，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。 论文网
变换过程需在高温高压使用催化剂条件下进行，因此变换工序是合成氨生产的高成本工序,其成本降低对合成氨成本的降低有重要意义。
二、 工艺原理
(一) 反应机理
一氧化碳变换反应式为：
CO+H2O=CO2+H2+42.1KJ (1-1)
CO+H2 = C+H2O (1-2)
其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，其反应特点是可逆的，放热的，气体体积不变的反应，且反应速度很慢，只有在催化剂的作用下才能较快的进行。为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应，具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。
(二) 一氧化碳变换催化剂
无催化剂存在时，变换反应的速率极慢，即使温度升至700℃以上反应仍不明显；因此必须采用催化剂。
(1) 铁铬系变换催化剂
其化学组成以Fe2O3为主，促进剂有Cr2O3和K2CO3，反应前还原成Fe3O4才有活性。适用温度范围300～530℃。该类催化剂称为中温或高温变换催化剂，因为温度较高，反应后气体中残余CO 含量最低为3%～4%。再接低温变换，以防剧烈放热而烧坏低变催化剂。
(2) 铜锌系变换催化剂
Cu-Zn系变换催化剂引入合成氨工艺，使CO变换反应温度降到180℃～220℃，在较高温度变换以后接着再进行低温变换，可使变换反应出口CO浓度降到0.3%以下。但对硫、氯等毒物非常敏感。
(3) 钴钼系耐硫催化剂
其化学组成是钴、钼氧化物并负载在氧化铝上，反应前将钴、钼氧化物转变为硫化物（预硫化）才有活性，反应中原料气必须含硫化物。适用温度范围160～500℃，属宽温变换催化剂。其特点是耐硫抗毒，使用寿命长。
(三) 一氧化碳的操作条件
(1) 压力
压力对反应的平衡几乎没有什么影响，但是提高压力能使反应易于进行。从动力学角度看，加压可以提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。但不宜过高。由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。具体的操作压力数值，应根据各工艺段压力的合理配置而定。一般中小型氨厂操作压力为0.7-2.0MPa,大型氨厂为3.0Mpa左右。