重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计
1．2、中间间接冷却的加压变换炉
半水煤气及蒸汽由顶部进入。经过分布器进入第一、第二层催化剂（一段）。一段变换气经中间换热器或增湿器（加入冷凝液或水蒸汽）进入第三层催化剂（二段），变换气经底部分配装置后出变换炉。
加压变换炉与常压变换炉在结构上相似。主要不同之处是保温层改在炉内，以降低炉壁温度。保温层有两种结构：一种用耐热混凝土；另一种靠炉壁钢板处衬石棉板，外砌一层硅藻土砖，再砌一层轻质粘土砖。催化剂靠支架支承，支架上铺篦子板、钢丝网
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及耐火材料球。为了便于测量炉内各处温度，炉壁上多处装有热电偶。另外，炉壁上还配置有人孔与装卸催化剂的口。
加压变换系统有下列优点：
（1）加压下变换可以提高反应速度，变换催化剂的空间速度比常压下大一倍以上； a.由于气体体积大为缩小，设备要比常压变换小，布置紧凑； b.压缩煤气的动力可节省15%左右； c.可以省去煤气鼓风工段和变换气气柜； d.节省基建投资。 （2）饱和塔和热水塔 2．1、填料饱和塔和热水塔
从水加热器出来的变换气在常压变换时仍在100℃左右，并含有大量水蒸汽。因此，将其导入热水塔以回收其热量。热水塔的水送入饱和塔。热水塔在饱和塔之上，并用钢板隔开。塔为圆筒形。热水由顶部进入，通过分布板上许多斜口的溢流管向下喷淋，热水由底部经过一个水封流入饱和塔。饱和塔的构造与热水塔相似，填料层都是放置50*50*5瓷环。不同点是在顶部设有除沫层，填充25*25*3瓷环，以免气体中夹带水滴进入热交换器。饱和塔下部容积较大，兼作循环水的贮槽，并附有液面计。
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2．2、波纹板饱和热水塔
小型厂常用的另一种塔型----波纹板饱和热水塔。在饱和塔中设有11块波纹塔板，其开孔率由下至上逐渐增大。热水塔中设有5块塔板，开孔率是由下而上逐渐减小的。这主要是因为饱和塔中进行的是半水煤气增湿过程，气体由下而上逐渐被水蒸汽增湿，体积增大。而热水塔中，气体由下而上时，有足够的穿孔速度，从而形成良好的液体泡
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沫层，以强化气液接触过程，在同一塔中应根据沿塔高的气体量的变化来选用不同的孔径、孔间距和开孔率。 2．3、填料塔与波纹板塔比较
波纹板与填料塔相比，具有生产强度大、气液接触良好、阻力小等优点。但基于填料塔构造简单，操作稳定可靠，目前仍为一些厂所采用。
表6-1 几种类型饱和热水塔的结构情况 序号 1 工作压力 4.5-6大气压 主要结构情况 ?800,H11910毫米 上部饱和塔，波纹板11块 下部热水塔，波纹板5块 2 4．5-6大气压 填料塔，?1000毫米 H15900毫米。上部饱和塔 50?50?5及25?25?3瓷环4.5米，下部热水塔 50?50?5及25?25?3瓷环5米 3 常压 填料塔?3000毫米 H23870毫米 上部热水塔填料5米 下部饱和塔填料7米 填料规格 50?50?5及80?80?8瓷环
3、催化剂的比较与选择
（1）中温变换催化剂 1．1、组成和性能
中温变换催化剂含Fe2O380%?90%,Cr，并有少量的K2O、MgO和?11%2O37%Al2O3等成分。活性组分是Fe2O3，使用前需将Fe2O3还原为Fe3O4。Cr2O3为促进剂，可与Fe3O4形成固溶体,高度分散于活性组分Fe3O4晶粒之间,使催化剂具有更细的微孔结构和更大的比表面积,从而提高催化剂的活性和耐热性,延长使用寿命。添加剂K2O可提高催化剂的活性，MgO和Al2O3能增加催化剂的耐热性，MgO还具有良好的耐硫性能。
1．2、还原与氧化
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中温变换催化剂中Fe2O3需经还原成Fe3O4才具有活性，通常用H2或CO在一定温度下进行还原，其主要反应为：
3Fe2O3?H2?2Fe3O4?H2O 3Fe2O3?CO?2Fe3O4?CO2
由于还原反应为放热反应，还原时要严格控制H2和CO的加入量，以避免温度急剧升高，而影响催化剂的活性。同时要加入适量水蒸气，以防Fe3O4被一步还原成Fe，发生过度还原现象。当催化剂中含有硫酸根时，会被还原成硫化氢（放硫），使中温变换串低温变换流程中后面的低变催化剂中毒。因此在中变催化剂的还原过程，应严防硫化氢进入低变催化剂。
活性组分Fe3O4在50-60℃以上十分不稳定，遇氧即被氧化，且是剧烈放热反应。 4Fe3O4?O2?6Fe2O3
因此，在生产中要严格控制原料气中的氧含量在系统停车检修时，先用水蒸气或氮气降低催化剂温度，同时，通入少量空气使催化剂缓慢氧化，在表面形成一层Fe2O3保护膜后，才能与空气接触，这一过程为催化剂的钝化。 1．3、催化剂的中毒与衰老
在变换生产中，主要是原料气中的硫化物引起催化剂的中毒，使其活性下降，其反应如下：
Fe3O4?3H2S?H2?3FeS?4H2O
由于CO变换时将大部分的有机硫转化为硫化氢，从而使催化剂受大量H2S毒害，然而，反应是一个可逆放热反应，属于暂时性中毒，当增大水蒸气用量、降低原料气中
H2S含量，催化剂的活性即能逐渐恢复。但是，这种暂时中毒如果反复进行，也会引起催化剂微晶结构发生变化，而导致活性下降。原料气的灰尘及水蒸气中的无机盐等物质，均会使催化剂的活性显著下降造成永久性中毒。
促使催化剂活性下降的另一个生要因素是催化剂的衰老。所谓衰老，是指催化剂经过长期使用后活性逐渐下降的现象。使催化剂衰老的原因有：长期处于高温下，逐渐变质；温度波动，使催化剂过热或熔融；气流不断冲刷，破坏了催化剂表面状态；操作不当，半水煤气中氧含量高和带水等。 （2）低温变换催化剂 2．1、组成和性能
目前工业上应用的低温变换催化剂均以氧化铜为主，以过还原后具有活性的 组分是细小的铜微晶。但单纯的铜微晶在操作温度下极易烧结，导致微晶增大，比
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