合成氨一氧化碳变换工序的基本原理与工艺流程

变换工序的作用

由于一氧化碳对合成氨催化剂有毒害作用,故在进入合成系统前必须将其清除干净,只允许30 ppm以下的微量存在。清除转化气中的一氧化碳是通过变换过程来完成的,这就是变换工序的作用。

变换工序的基本原理

清除转化气中的一氧化碳是依据以下化学反应进行的:

一氧化碳与水蒸气的变换反应是在催化剂的作用下进行的,是一个等体积的可逆放热反应,这也是变换工序的主反应。一氧化碳与水蒸气共存于变换反应系统,这是一个会有C、H、O三种元素的系统,从热力学角度分析,还可能发生以下副反应:

工业生产中不希望有副反应发生,这里与天然气蒸汽转化的副反应有相似之处,即发生析碳反应。为防止副反应的发生,根据化学平衡移动原理,加大反应物中水蒸气的用量、适当降低反应温度有利于主反应的进行。为此,变换工序应考虑以下工艺条件。一是压力。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率。由于变换工序处于整个合成氨系统的中间,故不可能单独升压,它与转化、脱硫、甲烷化工序同处于一个压力系统,其工作压力一般为3.0 MPa。二是温度。变换反应是可逆的放热反应,因而存在最佳反应温度。当然温度还随气体组分和使用催化剂的不同而有差异,一般中温变换为450~500℃,低温变换为200~280℃。三是水蒸气比例,它是指水蒸气与一氧化碳的含量比值[H O(g)/CO]。改变水蒸气比例是变换反应最主要的调节手段,增加水蒸气用量,能提高一氧化碳的变换率,降低一氧化碳的残余容量,加速反应的进行,并使析碳和生成甲烷等副反应不易发生。由于过量水蒸气的存在,还保证了催化剂中活性组分Fe 的稳定而不被还原成Fe 

变换工序的工艺流程

变换工序工艺流程的设计主要是根据原料气中CO的含量确定。天然气蒸汽转化法与煤蒸汽汽化法制氨流程中的CO变换工序采用的工艺流程是不尽相同的。这里介绍的是天然气蒸汽转化法中的变换(中变-低变串联)流程。

从转化工序软水预热器来的转化气,温度为370℃,压力为3.0 MPa,从中变炉炉顶进入,自上而下流经中变催化剂床层进行变换反应,在催化剂床层的反应温度一般为425~450℃。中变气从炉底出来,CO含量为3%,温度为430℃左右,直接进入甲烷化第一换热器,加热从脱硫塔来的脱硫气(以氢气和氮气为主)以实现换热。出甲烷化第一换热器的脱硫气去甲烷化炉脱除微量CO、CO ;中变气进入中变废锅回收热量,产生中压蒸汽,温度降至 220℃,从低变炉顶端进入炉内。中变气自上而下进入低变催化剂床层,在235~250℃继续进行变换反应。低变气从炉底出来,CO含量为0.3%,温度为240℃左右,经回收热量后进入CO 吸收塔。

中变-低变串联流程图如图6-4所示。

图6-4 中变-低变串联流程图

1—中变炉;2—甲烷化第一换热器;3—中变废锅;4—低变炉

变换工序操作注意事项

(1)温度

因一氧化碳与水蒸气的反应是放热反应,在炉内有放出反应热的自然温升现象,故要稳定转化成分,主要是CO的含量,控制反应物温度;又因使用的催化剂型号不同和使用时期的变化,适时调整好热点温度。中变-低变串联流程的中变过程使用的是铁铬系催化剂,使用温度范围较宽,为350~450℃,后期温度为500℃左右;低变过程使用的是铜锌系催化剂,使用温度为180~260℃,后期温度可达280℃左右。

(2)水蒸气比例

虽说H O(g)/CO可在3~5内调节,设计流程时也配置有蒸汽管道,但因转化气中含有一部分蒸汽,故在此工序中不能盲目加蒸汽,要根据实际情况确定。

版权声明:本篇文章(包括图片)来自网络,由程序自动采集,著作权(版权)归原作者所有,如有侵权联系我们删除,联系方式(QQ:452038415)。http://www.apmygs.com/1858.html
返回顶部