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    氨是重要的无机化工产品之一,在国民经济中占有重要地位,其中约有80%氨用来生产化学肥料,20%为其它化工产品的原料。主要用于氮肥和复合肥料的制造,例如尿素、硝酸铵等。氨作为工业原料和氨化饲料,用量约占世界产量的1/2。35822
    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。
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