1.绪论
氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。粗原料气中常含有大量的C，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变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。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。最后，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。 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B107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，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。
2.一氧化碳变换过程
在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：
CO+H2O→H2+CO2 =-41.2kJ/mol
由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程， 为后续脱碳过程创造条件
3.Co变换的基本原理
圈疗一氧化碳变换反应式为：
CO+H2O=CO2+H2+Q (1-1)
csf
CO+H2 = C+H2O (1-2)
其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，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（1—1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。
设备管理系统
一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。
变换过程中还包括下列反应式：
H2+O2=H2O+Q
4.Co变换的主要设备
中低变串联流程中，主要设备有中变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。低变炉选用C6型催化剂，计算得低变催化剂实际用量10.59m3。以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的含量以及变换气中所要求的CO浓度。
5.CO变换的工艺条件
温度:变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常 数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即 CO平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。因而存在着最佳反应温度对一定催化剂及气相组成，
压力:压力对变换反应的平衡几乎没有影响。但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。单就平衡而言，加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。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。具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂操作压力为0.7-1.2MPa,中型氨厂为1.2~1.8Mpa。本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取1.7MPa.
汽化比:水蒸汽比例一般指H2O/CO比值或水蒸汽/干原料气.改变水蒸汽比例是工业变换反应中最主要的调节手段。增加水蒸汽用量，提高了CO的平衡变换率，从而有利于降低CO残余含量，加速变换反应的进行。由于过量水蒸汽的存在，保证催化剂中活性组分Fe3O4的稳定而不被还原，并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生。
钢筋混凝土容重6.CO的变换工艺流程
目前的变化工艺有：中温变换，中串低，全低及中低低4种工艺。我组选用中串低工艺。转化气从转化炉进入废热锅炉，在废热锅炉中变换气从920℃降到330℃，在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到3到5之间，以后再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。再通过换热器将转换气的温度降到180℃左右，进入低变炉将转换气中一氧化碳含量降到0.3%以下，再进入甲烷化工段。 目前的变化工艺有：中温变换，中串低，全低及中低低4种工艺。我组选用中串低工艺。转化气从转化炉进入废热锅炉，在废热锅炉中变换气从920℃降到330℃，在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到3到5之间，以后再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。再通过换热器将转换气的温度降到180℃左右，进入低变炉
将转换气中一氧化碳含量降到0.3%以下，再进入甲烷化工段。
7.脱硫过程
检阅教学设计原料制取粗原料气，都含一些硫和碳的氧化物，为防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同可分为两大类：一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法，聚乙二醇二甲醚法，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，活化MDEA法，MEA法等 。 粗原料气经CO变换后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求
8.湿式脱硫的基本原理
脱硫塔中的反应 以PH值为8.5~9.2的碱性溶液吸收原料气中的硫化氢生成硫氢化物 Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3
脱硫液中的偏钒酸钠氧化硫氢产物生成单质硫，自身被还原为焦钒酸钠。
2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S
9.湿式脱硫的主要设备
分离器 吸收塔 再生塔 反应槽 循环槽 地下槽 溶碱槽 缓冲罐
10.湿式脱硫的工艺条件
溶液的PH值:提高溶液的PH值对于ADA-钒酸盐溶液的氧化硫氢化物使之成为单质硫是不利的，但是对硫化氢的吸收是有利的，所以一般PH为8.5~9.5
钒酸盐的含量
钒酸盐的含量:硫氢化物被钒酸盐氧化的速率是很快的，但为了防止硫化氢局部过量而造成的“钒-氧-硫”黑复合沉淀，并抑制副反应的发生，应使偏钒酸钠用量比理论用量略微多一些。
另类论坛温度:吸收和再生过程对温度均无严格的要求。但温度提高使生成硫代硫酸盐的副反应加剧。因此，一般控制吸收温度为20~30摄氏度。
11.湿式脱硫的工艺流程
原料气在吸收塔下部进入，与塔上喷淋的脱硫液逆流接触，脱出其中的硫化氢，从塔顶引出，经汽液分离器分离夹带的液滴后送往下一工段。吸收硫化氢的富液从塔底排入反应槽继续反应使硫充分析出。富液从再生塔底部与同时从塔底送入的压缩空气自下而上并流接触氧化再生。由再生塔上部引出的贫液经液位调节器，循环槽，过滤器，循环泵返回吸收塔循环使用。塔顶扩大部分悬浮的硫磺溢流至泡沫槽，温水槽澄清分层，硫磺颗粒经过滤器后送至熔硫釜制成硫磺锭
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