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度、水蒸气、CO2、压力等工艺条件。 2.3.1反应温度的影响
由化学反应平衡移动原理可知，反应温度越低，越有利于CO的变换，但工业生产中，降低反应温度和催化剂的性能综合考虑，反应开始时为提高反应速度一般在比较高温度下进行，在反应后段，为使反应进行比较完全，必须降低反应温度。通常情况下，反应器入口温度要高出催化剂起活温度20-30℃。另外由于煤气被水蒸气饱和，出口温度还要高出露点温度25-30℃。
2.3.2水蒸气含量的影响
适度增加水蒸气的含量，也就提高了反应物浓度，有利于变换反应的进行，鲁奇炉产生的高水汽比煤气含有的水蒸气，足以满足反应的需要。 2.3.3 CO2含量的影响
如果在每次反应后除去CO2，则反应向生成H2的方向移动，但是这样会导致流程复杂，设备增多。随着宽温耐硫变换催化剂的研制成功和推广应用，解决了这一问题。 2.3.4压力的影响
从理论上讲，压力对变换反应无多大影响，因为变换反应是气体等分子反应。但是实际生产中，由于高汽气比的水煤气含大量的水蒸气，压力升高，水蒸气分压随着升高，各段入口变换气露点随之升高，为保护催化剂，势必各段的温度也要提高，出口温度提高，CO的含量就不能保证，因此压力对变换反应的影响不可小视。
第2．4节 上下流程配置
从气化工序来的粗煤气，绝对压力2.94MPa，冷却到被蒸汽饱和的181℃后进入本变换工序，经过一氧化碳变换后进入低温甲醇洗脱硫脱碳和液氮洗脱除一氧化碳、甲烷。
第2．5节 催化剂的选择
一氧化碳变换反应催化剂的选用，主要根据合成氨生产工艺要求来确
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定，主要依据为原料气和变换气中一氧化碳和二氧化碳的含量、原料气中硫化氢和有机硫化物的含量以及原料气最终精制工艺的要求。本合成氨装置采用低温甲醇洗﹙-65℃﹚脱硫脱碳以及液氮洗脱除一氧化碳、甲烷，和甲烷蒸汽转化的工艺路线。变换入口粗煤气中一氧化碳和二氧化碳的含量较高，硫化氢干基含量达0.77％。
铁铬系高变催化剂虽然对工艺气中低浓度的硫化物不敏感，但是硫化物浓度太高，高于500×10-6，则催化剂会产生硫中毒（硫中毒反应Fe3O4+3H2S=3FeS+4H2O），生成的FeS在水蒸气和高温的作用下，又会发生分解而放出H2S，从这个意义上说，高变催化剂硫中毒是可逆的，当原料气中的硫含量降到很低时，催化剂的中毒现象可基本消失，但是FeS的生成和分解，使催化剂的强度下降，因此当原料气中硫含量较高时，不宜选用。而硫和氯就是传统的低变催化剂最主要的毒物，可使低变催化剂发生永久性中毒，硫可与催化剂的活性金属铜发生反应而生成硫化铜，使催化剂的有效成分减少，活性下降。据介绍，低变催化剂中的硫含量只要达到0.25％，其活性将下降一半，原料气中硫含量即使只有1×10-6，也会使催化剂中毒而失去活性，大大缩短使用寿命。因此，本变换系统不能选用铁铬系变换催化剂和铜系催化剂，须选用钴钼系宽温耐硫变换催化剂。
钴钼系宽温耐变换催化剂与铁铬系变换催化剂相比具有以下优异特点：1、良好的低温变换活性，操作温度可比铁铬系变换催化剂低100℃以上，2、很宽的活性温区，但作为宽温变换催化剂的使用是有条件的，需要存在一定的硫化氢浓度，操作温度越高，汽气比越大，要求的最低硫化氢含量也就相应提高，3、突出的耐硫和抗毒性能，活性成分以硫化物形式存在，因此对硫化氢浓度上限无要求，同时少量的毒物对其活性基本没有影响，4、可再生，失活后可通过蒸汽或空气处理，然后进行硫化使其活性恢复，5、强度高，载体通常为γ-Al2O3或MgAl2O4，硫化后强度可提高30％～50％，6、选择性好，无论是高压或低压，高温或低温，在变换工艺条件下基本不发生副反应，7、使用寿命与工艺条件有关，一般3～5a，如条件缓
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和会更长。8、能够将有机硫降解为无机硫，从而使硫化物从工艺系统脱除后便于回收利用。
本合成氨流程低温甲醇洗脱硫脱碳工序放到了变换工序之后决定了在变换炉中必须采用耐硫催化剂，并且按热量能级顺序首先进行变换反应，然后再进行低温甲醇洗，降低了合成系统的能耗。
根据以上原则和钴钼系宽温耐变换催化剂的特点以及后序的净化流程，在本设计中采用齐鲁石化研究院生产的QCS-04耐硫变换催化剂。
第2．6节 热量回收
变换反应是一个强放热反应，大量余热的利用对吨氨能耗有很大的影响，做好变换装置的热回收设计对工厂的经济意义重大。同时，段间热量的及时移出有利于反应的进行。变换热利用的合理性，不仅体现在热能的充分回收上，还表现在热能尽可能不降级使用，即较高温度（较高能级）的热能加热高温物料或直接生产蒸汽，低温余热用于加热低温物料，使能级不同的变换热能做到物尽其用，获得最大的回收效益。
第三章 设计计算
第3．1节 已知条件与要求
已知条件：从造气工序来的粗煤气，绝对压力2.94MPa,被冷却到被蒸汽饱和的181℃后，进入本工序。总湿气量为164000Nm3/h。
粗煤气（干基）的主要成分（体积）： 组成 含量％ N2 2.35 CO 22.78 CH4 8.54 CO2 26.75 H2 39.59 合计 100 要求：出变换工序的CO含量要达到3％（干基），因为后工序要进行的甲烷蒸汽转化反应是吸热反应，用这部分未被变换的CO作为燃料气来为甲烷蒸汽转化反应提供热量，所以不能把CO全部变换掉。
第3．2节 核算
核算：从造气工序来的粗煤气中的水蒸汽对变换反应是否充足。 查181℃时的饱和水蒸气压PS=1.0254 MPa
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则：
ps1.0254??0.5356 p?ps2.94?1.0254而干气中CO的百分含量是22.78％，
H2O0.5356??2.35 CO0.2278因为变换反应中CO和H2O（g）之比为1：1，所以在181℃、2.94MPa 下被水蒸汽饱和的粗煤气进行变换反应，其中的水蒸汽已经足够了，不用再补加水蒸汽。
第3．3节 计算煤气的成份
以1kmol干煤气为基准计算湿煤气的成分：
单位干煤气里携带的蒸汽量为0.5356kmol 则湿煤气的成分为：
0.0235?10000?1.500
1?0.53560.0854?10000?5.4300 CH4：
1?0.53560.2278?10000?14.5100 CO：
1?0.53560.2675?10000?17.0400 CO2：
1?0.53560.3959?10000?25.2300 H2：
1?0.53560.5353?10000?36.2900 H2O：
1?0.5356N2：
将上述煤气各成分列为下表： 组成 含量（％） N2 1.5 CO 14.51 CH4 5.43 CO2 17.04 H2 25.23 H2O 36.29 合计 100 1 含量（kmol） 0.015 0.1451 0.0543 0.1704 0.2523 0.3629 第3．4节 变换炉温升估算
??HR.CO00?t?t2?t1??(x2?x1)
CP(1?n)- 9 -
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式中t2,t1：出、进催化剂床气体温度 ℃ x2,x1：出、进催化剂床气体的变换率 CP：进催化剂床气体在平均温度(
kcal/kmol,℃
t1?t2 )下的真实分子热容 2?HR：进口温度下的反应热 kcal/kmol CO%：气体中CO的浓度，摩尔分率
查表得到在0—600℃范围内的平均热容为8.35 kcal/kmol，ΔHR=9000 kcal/kmol
变换率：X=
VCO?VCO.1?10000
VCO(1?VCO.1)（干基） VCO,VCO,1____进口煤气、出口变换气中一氧化碳的含量，00，
代入数字可以得到变换率为：
VCO?VCO.122.7800?3000X==84.300?1000=
0022.780?(1?30)VCO(1?VCO.1)
代入数字可以得到大致的温升为：
??HR.CO00?t?t2?t1??(x2?x1)
CP(1?n)9000?22.7800??84.300?0? =
8.35?(1?0.5353)=134.8℃
从上面的计算可以看出要使粗煤气中的CO含量从22.78%经过变换反
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