影響變換反應(yīng)的工藝條件

一、壓力

壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡影響甚微，但提高壓力能促使析碳和甲烷化反應(yīng)的發(fā)生。從反應(yīng)平衡角度而言，CO的平衡濃度與壓力無(wú)關(guān)。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度而言，加壓能提高反應(yīng)速度。

二、溫度

變換反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，因而低溫有利于反應(yīng)向生成CO2和H2方向進(jìn)行。但從動(dòng)力學(xué)角度說(shuō)，溫度提高反應(yīng)速度加快，因而就存在著最佳反應(yīng)溫度，由變換反應(yīng)的化學(xué)平衡可知，在較高的溫度下，變換反應(yīng)具有較高的反應(yīng)速度；在較低的溫度下，可獲得較高的變換率。對(duì)于低變來(lái)說(shuō)，不但要考慮催化劑的活性溫度，還要注意氣相中的水汽含量，以確定低變過(guò)程的溫度下限。因?yàn)榈妥冞^(guò)程中催化劑的操作溫度較低，而氣體中水蒸汽含量又較高，當(dāng)氣體低溫進(jìn)入低變系統(tǒng)時(shí)，就有可能達(dá)到該條件下的露點(diǎn)溫度而析出液滴，液滴凝集于催化劑的表面，造成催化劑的粉碎，引起床層阻力的增加。同時(shí)，使得催化劑的活性降低，因此低變催化劑的操作溫度不但受本身活性溫度的限制，而且還必須高于氣體的露點(diǎn)溫度。為安全起見(jiàn)，操作溫度的下限應(yīng)比在此條件下的露點(diǎn)溫度高20～30℃左右。在相同操作壓力下，隨著氣體中水蒸汽含量的增加，露點(diǎn)溫度升高，因而操作溫度的下限也應(yīng)提高，因而要盡量降低水蒸汽的含量。

三、水氣比

一般指水蒸汽的摩爾數(shù)同干原料氣的摩爾數(shù)之比，水氣比的提高有利于提高CO反應(yīng)的變換率，并加速變換反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)有利于床層溫度的控制。但過(guò)高的水氣比，將會(huì)使催化劑床層的阻力增加，CO停留時(shí)間縮短，余熱回收設(shè)備負(fù)荷加重，并影響設(shè)備的生產(chǎn)能力，且會(huì)使Co－Mo觸媒反硫化。

四、空速

空速是指單位時(shí)間通過(guò)單位體積觸媒的氣體量。空速過(guò)大，則氣體和觸媒的接觸時(shí)間短，CO來(lái)不及反應(yīng)就離開(kāi)了觸媒層，變換率低：過(guò)小，則通過(guò)觸媒層的氣量小，降低生產(chǎn)強(qiáng)度，形成浪費(fèi)，一般在催化劑活性好時(shí)，反應(yīng)速度快，可以采用較大的空速，充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力。在生產(chǎn)后期，觸媒活性較差時(shí)，適當(dāng)降低空速，以保證出口CO的含量。

五、CO2的影響

在變換反應(yīng)過(guò)程中，如果能將生成的CO2除去，就可以使變換反應(yīng)向右移動(dòng)，提高CO的變換率。中型合成氨廠除去CO2的方法是將CO變換到一定程度后，送往脫碳工序除去氣體中的CO2，然后再進(jìn)行第二次變換。

六、副反應(yīng)的影響

CO變換過(guò)程中，可能發(fā)生CO分解析出C和生成CH4等副反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：

2CO==C+ CO2+Q

CO+3H2==CH4+H2O+Q

2CO+2H2==CH4+ CO2+Q

CO2+4H2==CH4+2H2O+Q

副反應(yīng)不僅消耗原料氣中有效成分H2和CO，增加了無(wú)用成分CH4的含量，而且CO分解后析出的游離碳極容易附著在催化劑表面上，使催化劑的活性降低。以上這些副反應(yīng)均為體積減小的放熱反應(yīng)，因此降低溫度、提高壓力有利于副反應(yīng)的進(jìn)行。但在實(shí)際生產(chǎn)中所采用的工藝條件下，這些副反應(yīng)一般不容易發(fā)生。