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面积减小，活性下降和寿命缩短。为此，在催化剂中加入氧化锌、氧化铝、氧化铬等添加物。作用是将铜微晶有效的分隔起来，提高其稳定性。根据添加物不同，低温变换催化剂可分为铜锌、铜锌铝和铜锌铬三种。其中，铜锌铝型性能好，生产成本低，且无毒。
ZnO32%2b.?低温变换催化剂的组成范围为CuO152%（高铜催化剂可达42%）、
、
Al2O330%?40.5%。
2．2、还原和氧化
低温变换催化剂用H2或CO进行还原，其反应如下： CuO?H2?Cu?H2O?g? CuO?CO?Cu?CO2
氧化铜的还原反应是强放热反应，而低温变换催化剂对热比较敏感，因此，必须严格控制还原条件，将催化剂层的温度控制在230℃以下。
还原后的催化剂与空气接触，产生如下反应：
1 CuO?O2?CuO
2如果与大量空气接触，放出的反应热将使催化剂超温烧结，因此，停车取出催化剂前，应先通入少量氧气逐渐将其氧化，在催化剂表面形成一层氧化铜保护膜，才能与空气接触。这一过程成为催化剂的钝化。钝化方法用氮气或蒸汽将催化剂层的温度降至150℃，然后在氮气或蒸汽中配入0.2%的氧，在温升不大于50℃情况下逐渐提高氧的浓度，直到全部切换为空气时，钝化结束。
2．3、催化剂的中毒
低温变换催化剂对毒物十分敏感。引起催化剂中毒或活性降低的物质有冷凝水、硫化物和氯化物。变换系统气体中，含有大量水蒸气，为避免冷凝水的出现，低变温度一定要高于该条件下气体的露点温度。
硫化物主要来自原料气和中变催化剂的“放硫”，它使低温变换催化剂永久中毒。当催化剂硫含量达1.1%，催化剂就基本失去了活性。所以必须对原料气精细脱硫，使H2S含量小于1cm3/m3，并保证“放硫”安全。一般低变炉上部装有ZnO，用来进一步脱硫。
氯化物是对低变催化剂危害最大的毒物，当催化剂中氯含量达0.01%时，就明显中毒；当氯含量为0.1%时，催化剂的活性基本丧失。氯主要来源于水蒸气，为了保护催化剂，要求水蒸气中氯含量小于0.01。
中温变换催化剂的工业操作条件
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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 中变4-2号 中变6号 中变9号 1．温度范围℃ 2．变换炉入口气体温度℃ 3．蒸汽：煤气中CO 4．空间速度，小时-1 常压 加压（10kg/cm2以上） 380-500 >380 3-5 300-400 380-480 >360 3-4 300-500 350-450 300-350 3-4 300-500 800-1500 注：空间速度是以煤为原料制得的半水煤气的数据
4、工艺参数的选择
实际生产中，反应不可能达到平衡，变换工艺参数的选择除了考虑平衡CO含量外，还要考虑反应速率、催化剂使用特性以及系统的生产能力、原料和能量消耗等，以期达到良好的技术经济指标。CO变换反应的工艺参数包括温度、压力、空速、汽气比、惰性气体含量和初始CO含量等。 （1）温度
根据化学平衡移动原理，升高温度可促使反应平衡向左方移动，降低温度反应便向右方移动。因此，反应温度愈低，愈有利于变换反应的进行。但降低反应温度必须与反应速度和催化剂的性能一并考虑。对于一氧化碳含量较高的半水煤气，开始反应时，为了加快反应速度，一般在较高的温度下进行，而在反应的后一阶段，为了要使反应比较完全，就必须使反应温度降低一些，工业上一般采用两段或三段中温变换就是根据这一概念确定的。对于一氧化碳含量为2—4％的中温变换后的气体，就只需要在230℃左右，用低温变换催化剂进行一段变换。反应温度与催化剂的活性温度有很大的关系，一般工业用的变换催化剂低于某一温度反应便不能正常进行，但高于某一温度也会损坏催化剂，因此，一氧化碳变换反应必须在催化刘的适用温度范围内选择优惠的工艺条件。 （2）压力 压力对变换反应的平衡几乎没有影响，但加压可提高反应速度和催化剂的生产能力，可采用较大的空间速度，使设备紧凑，有利于过热蒸汽回收。由于干原料气的物质的量小于干交换气物质的量，所以，先压缩原料气进行加压变换的能耗，比常压变换后再压缩变换气的能耗低15%-30%，但加压变换需用压力较高蒸汽，对设备材质要求高。 （3）汽气比
增加水蒸汽量，有利于提高CO的平衡变换率，降低CO残余含量，加快反应速率，
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为此生产上均采用过量水蒸气。过量水蒸气的存在，抵制了析炭及四烷化的副反应发生，保证了催化剂活性组分Fe3O4的稳定而不被过度还原，同时还起到载热体的作用，使催化剂床层温升减小。所以，改变水蒸气用量是调节床层温度的有效手段。
但是水蒸气用量是变换过程中最主要的消耗定额，为了达到节能降耗的目的，工业生产中应在满足变换工艺要求的前提下，习题降低水蒸气消耗。降低水蒸气用量，一方面要采用新型低温活性催化剂，使反应在低温下进行，降低反应的汽气比。另一方面要合理地确定CO最终变换率或残余CO量，催化剂层段数要合适，段间要冷却良好。加强余热的回收利用均可降低蒸汽消耗。中温变换操作适宜的汽气比为1.5-4，经中温变换后气体中的汽气比可达15以上，不必再加蒸汽即可直接进行低温变换。
九、环境保护和对“三废”的治理方案
1、三废的处理
环境保护是我国的一项基本国策，它不仅是保护人类赖以生存的自然环境，而且也保护了人类自身。根据建设项目“三同时”（环保设施同时设计，同时施工，同时投产）的要求，必须对本工段产生的“三废”（废水，废气，废渣）进行必要的综合治理。
（1）废水处理
按照国家环境保护局1992年颁发的≤合成氨工业污水污染物排放标准≥排放。 （2）废气处理
本工段严格来说不存在废气处理问题，但是难免存在NH3的泄露，一旦出现就可能造成事故问题，所以，应该引起重视，防止废气的产生。
（3）废渣处理
由于催化剂的中毒和衰老几乎是无法避免的，所以就存在废渣的处理问题。
2、噪声处理
按照工业企业噪声卫生标准（试行草案）的规定：工业企业的生产车间和作业场所的工作地点的噪声标准为85dB，现有工业企业经过努力暂时达不到标准是，可适当放宽，但不得超过90dB。一般解决噪声控制问题，首先应从减少、减弱噪声振动源着手；其次，对已产生的噪声振动采取防治措施。具体防治措施如下。
（1）建筑布局 合理规划和布局，将噪声大的厂房用绿化带与其他厂房隔开一定距离。
（2）采用消声器 利用消声器使声波在消声器里经过膨胀、摩擦、扩散、反射、吸收等作用使声能大大衰减。常用的有阻性消声器，抗性消声器，阻抗复合性消声器。 （3）吸声与隔声 在厂房内表面装置吸声材料，或者在室内悬挂空间吸声体，吸收
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一部分声音，另外在机器上用隔声罩，或操作室采取隔声门、墙、割断声音的传播，也能收到一定的防治效果，压缩机操作室一般采用这种方法。
十、劳动保护和安全生产
1、劳动保护
化工生产过程具有易燃、易爆、易中毒、高温、高压、有腐蚀等特点，因而必须高度重视劳动安全保护，制定并采用完整可行的劳动保护职工的人身安全和健康，是职工能安心工作。
2、安全生产
化工生产中易出现安全事故问题，常见的安全事故有生产事故（生产过程中由于违反工艺规程、岗位操作规程或操作不当等造成原料、半成品或成品损失的事故）、设备事故（生产过程中各种设备、仪表、管道、建筑物等由于各种因素造成损失或减产的事故）、工伤事故、火灾事故、爆炸事故、交通事故。造成事故的原因主要有劳动组织不正确；工作制度不合理；人员分工不恰当；工作地点、通道不良；设备、管线、装置、电器仪表等平面布置图不合理；违反工艺技术操作规程；操作人员的培训教育程度不够，不能胜任工作。因此，为了安全生产，必须找到可能发生事故的隐患，给予高度重视，并制定相关的生产制度，严格执行，力争消除事故的发生。
某些气体及可燃物蒸汽的爆炸极限 物质名称 爆炸极限/% 物质名称 爆炸极限/% 下限 上限 下限 上限 氢 4.0 75.6 甲烷 5.0 15.0 氨 15.0 28.0 汽油 1.4 7.6 一氧化碳 12.5 74.0 煤油 0.7 5.0 二硫化碳 1.0 60.0 乙酸 4.0 17.0 乙炔 1.5 82.0 硫化氢 4.3 45.0 甲醇 5.5 36.0 乙醇 3.5 19.0 混合气体爆炸极限 名称 成分 爆炸极限 CO2 水煤气 半水煤气
6.2 7.0 O2 0.3 0.2 CO 39.2 32.0 H2 49.2 40.0 CH4 2.3 0.8 N2 3.0 20.0 下限 上限 6.9 8.1 69.5 70.5 第 29 页 （共 31 页）
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中小氮肥厂常见的有毒气体在车间内允许的最高浓度见下表：
车间空气中有毒气体的最高允许浓度 物质名称 一氧化碳 氨 硫化氢 甲醇 氧化氮二硫化碳 （换算成NO2） 最高允许浓度/（mg/m3） 30 30 10 50 5 10 保证车间有毒气体不超标的主要措施如下。
① 消除跑冒滴漏，按无泄氨工厂标准进行设备和管道的管理，使泄露率降到2‰以下，力争达到万分之五以下。 ② 加强车间内通风。
③ 按照≤化肥生产安全技术规程≥的规定，定点、定期进行尘毒检测，有条件应设置毒物自动分析报警装置，及时发现及时消除。
十一、结论
经过全面的研究和考察，年产5万吨合成氨变换工段工艺设计在技术上可行，在经济上合理。
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