小合成氨厂低温变换工段工艺设计资料
合成氨变换工段工艺设计
合成氨变换工段工艺设计合成氨是化工工业中的重要原料，广泛应用于制取尿素、硝化铵等农业肥料，以及制取氨水、氨盐、化肥、染料等合成工艺中。
合成氨变换工段是合成氨生产中的关键环节，其工艺设计对合成氨的产量、质量以及能耗等方面有重要影响。
一、工艺概述合成氨的变换反应器是将反应物氮气和氢气通过催化剂的作用，在一定条件下发生气相合成反应，生成合成氨。
反应器通常采用固定床催化剂反应器，催化剂的选择和催化剂床层的设计都是工艺设计的重要环节。
冷凝器主要用于对反应产生的氨气进行冷凝回收，常见的冷凝器有直接冷凝器和间接冷凝器两种形式，工艺设计中需要根据具体情况选择适用的冷凝方式。
循环气压缩机主要用于将反应器中未反应的气体通入新的循环，提高气相合成反应的转化率。
在工艺设计中，需要考虑压缩机的压比、功率消耗等参数。
氨气的分离净化装置主要用于对合成氨中的杂质进行去除，提高合成氨的纯度。
常用的分离净化装置有吸附装置、膜分离装置等，具体的工艺设计需要根据生产要求和经济效益进行选择。
二、工艺参数及控制合成氨的变换工段的工艺参数主要包括反应温度、反应压力、空速、催化剂活性等。
这些参数直接影响合成氨的产率、选择性和能耗。
反应温度是合成氨变换反应的重要参数，通过控制温度可以提高反应速率和转化率，但过高的温度会导致副反应的发生，降低合成氨的选择性。
反应压力主要用于控制氨气的产量和能耗，压力越高产氨越多，但能耗也相应增加。
空速是指单位时间内通过反应器的氮气体积，可以通过调控压力和进气量来实现，过小的空速会影响反应的效果，而过大会导致固定床催化剂的床层冲击和阻力升高，影响反应转化率。
催化剂活性主要指催化剂的活性组分含量和粒径等参数，这些参数会影响合成氨的选择性和催化剂的寿命。
在工艺设计中，需要考虑这些参数的合理选择和控制，以提高合成氨的产量和质量，并降低能耗。
三、能耗控制合成氨的变换工段是合成氨生产中的能耗重点。
能耗的控制主要体现在压力控制、催化剂选择和热交换等方面。
合成氨中串低变工艺设计资料
摘要本文是关于以天然气为原料年产15万吨合成氨变换工段初步设计。
在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。
本设计的原料气中含有部分一氧化碳，不能直接作为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的作用下通过变换反应除去。
因此，一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。
本设计采用中串低工艺流程，其主要包括工艺路线的确定、中低温变换炉的物料衡算和热量衡算、变换炉和换热器进行总体结构设计及计算。
最终绘制出了该工序带控制点的工艺流程图。
关键词：天然气；一氧化碳变换；低温变换炉AbstractThis article is a preliminary design section what about the annual output of natural gas as raw materials to transform fifteen thousand tons of carbon monoxide ammonia .In the production of ammonia, carbon monoxide shift conversion is a very important reaction. Because the gas contains part of carbon monoxide and it not only couldn't be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also have poisoning effect on the catalyst of ammonia there must be removed through the catalytic reaction about the catalyst for transformation. So the carbon monoxide shift conversion is not only a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. This design uses medium and low temperature shift in series process, it contains the determination of process route, the Medium and Low Temperature Shifting Furnace of material balance and heat balance, shifting furnace and heat exchanger in overall structure design and calculation. Finally draw out the process control with process flow diagram.Keywords: natural gas; carbon monoxide shift conversion;Low Temperature Shifting Furnace目录摘要 (I)Abstract (II)目录............................................................................................................................................... I II 1 综述...................................................................................................................................... - 1 -1.1氨的性质和用途 . (1)1.1.1 氨的理化性质......................................................................................................... - 1 -1.1.2 氨的用途................................................................................................................. - 1 -1.2合成氨技术的发展史 .. (2)1.2.1 世界合成氨技术的发展......................................................................................... - 2 -1.2.2 中国合成氨工业的发展概况................................................................................. - 3 -1.3合成氨转变工序的工艺原理 .. (4)1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................................................................. - 4 -1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................................................................. - 5 -1.3.3 合成氨变换工序的工艺原理................................................................................. - 6 -1.4设计方案的确定 . (6)1.4.1 原料的选择............................................................................................................. - 6 -1.4.2 工艺流程的选择..................................................................................................... - 7 -1.4.3 工艺参数的确定..................................................................................................... - 8 -1.4.4 工厂的选址............................................................................................................. - 8 -2 变换工段物料及热量衡算................................................................................................ - 10 -2.1中温变换物料衡算及热量衡算 .. (10)2.2低变炉的物料与热量计算 (22)2.3废热锅炉的热量和物料计算 (26)2.4主换热器的物料与热量的计算 (28)2.5调温水加热器的物料与热量计算 (29)3 设备的计算........................................................................................................................ - 31 -3.1低温变换炉计算 .. (31)3.2中变废热锅炉 (33)主要参考文献.......................................................................................................................... - 37 -结束语...................................................................................................................................... - 38 -致谢........................................................................................................................................ - 39 -附录.......................................................................................................................................... - 40 -1综述1.1氨的性质和用途1.1.1氨的理化性质（1）物理性质：在常温常压下，氨是具有特殊刺激性臭味的无色气体，能刺激人体器官的粘膜。
合成氨变换工段工艺设计
1.4 工艺流程简述全低变的工艺流程示意图见图1-1。
图1-1 低温变换工艺流程示意图Fig1-1 Schematic diagram of the low tem p erature conversion p rocess半水煤气首先进入油水分离器，脱除部分固体和液体杂质后进入活性炭滤油器，进一步脱除杂质。
经净化的半水煤气进入变换气换热器与从第二变换炉出来的变换气进行逆向热交换，使其温度上升到180 ℃左右，变换气温度下降到160 ℃左右。
出变换气换热器的半水煤气再进入煤气换热器与从第一变换炉出来的变换气进行逆向热交换，变换气自身的温度下降到300 ℃左右，半水煤气升温到200 ℃左右。
出煤气换热器的半水煤气与来自管网的中压水蒸气混合，一方面使半水煤气温度上升到变换反应温度，另一方面使半水煤气增湿，并达到设计要求所需要的汽气比进入第一变换炉发生变换反应，在第一变换炉内CO 的变换率可达到60%左右。
经第一变换炉变换后出来的变换气进入煤气换热器与半水煤气逆向换热后进入淬冷过滤器I ，逆向与喷淋下来的冷却水换热并使冷却水汽化，此时变换气的温度下降到230 ℃左右，冷却水和变换气换热后汽化，从而使蒸汽含量达到设计要求，湿变换气进入第二变换炉第一段催化剂床层进行变换反应。
经第二变换炉第一段催化剂床层变换反应后CO 的变换率可达到85%左右，温度上升到280 ℃左右进入淬冷过滤器II ，逆向与喷淋下的冷却水进行热交换，使其温度下降到190 ℃左右，同时补充水蒸气，达到设计要的汽气比进入第二变换炉第二段催化剂床层进行变换，最终CO 的变换率可达到99%。
出第二变换炉第二段的变换气经过变换气换热器后，再经过变换气冷却器降温至40 ℃左右，去后续工段。
第二章 物料衡算及热量衡算2.1设计条件计算基准：1吨NH 3。
设备生产能力：t/h 7222.92430010703=⨯⨯ 由设计所给条件取每吨氨耗用半水煤气3520Nm 3,则每小时的半水煤气用量为：3520×9.7222=34222.2 Nm 3/h初始半水煤气组成见下表2-1。
合成氨一氧化碳低温变换工段工艺设计任务书-陈霞
合成氨一氧化碳低温变换工段工艺设计任务书班级： 姓名： 学号： 一、 设计题目：合成氨一氧化碳低温变换工段工艺设计 二、设计条件1、合成氨年产量为1+x 万吨（x 为学号的最后一位），年工作7500小时。
要将CO ％降到0.2％（摩尔分率）以下。
3. 要求使用低温变换工艺。
建议使用B302Q 型催化剂，计算催化剂体积。
其宏观动力学方程为：r=1822(P /0.1013)0.5 exp 8.023.0220.6314.8184.410351--⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-H CO O H co y y y y T (1-O H CO p H CO y y K y y 222⨯⨯⨯) 式中：r 的单位：kmol*L -1*h -1; P ：体系压力，MPa ;Kp ：温度T 下的反应平衡常数，Kp=exp(4757/ T —4.33)。
4．设计反应器尺寸，要求反应器压降小于0.3 MPa 。
5、其它条件如床层反应温度和压力等根据文献自拟或计算。
三、设计内容：1、设计说明书：包括合成氨的生产历史及发展趋势，变换工段的生产原理及流程的选择、分析和确定。
2、工艺计算：低温变换工段的物料和热量衡算。
如床层的物料和热量衡算。
低温变换反应器设计。
3、工艺流程图（A2图纸） 4、设计评述 5、参考文献四、参考资料1. 王师祥，杨保和. 小型合成氨厂生产工艺与操作. 北京：化学工业出版社，19992. 程桂花.合成氨.北京：化学工业出版社，19993. 梅安华 等，小合成氨厂工艺技术与设计手册(上). 北京：化学工业出版社，19944. 黄德明.合成氨生产工艺学.北京：烃加工出版社，1989；5. 于遵宏，朱炳晨，沈才大等. 大型合成氨厂工艺过程分析. 北京: 中国石化出版社,1993图1 变换工段工艺流程图1-焦油过滤器；2-冷凝塔；3-第二水加热器；4-第二热水塔；5-饱和热水塔；6-第一水加热器；7-热水交换器；8-汽水分离器（预腐蚀器）；9-低温变换炉；10-第一热交换器；11-第二热交换器；12-电加热器；13-中温变换炉；14-软水分配缸；15-蒸汽分配缸；16-第二循环热水泵；17-第一热水循环热水泵。
合成氨中串低变工艺设计
合成氨中串低变工艺设计合成氨是一种重要的化工原料，在化学工业和农业领域中具有广泛的应用。
目前合成氨的主要工艺是哈伦斯工艺和劳斯工艺，但这些工艺存在一定的缺点如能耗高、压力大、操作复杂等问题。
因此，如何设计一种低变工艺，以提高合成氨的生产效率和经济性，成为一个重要的课题。
要设计一种低变工艺，首先需要对现有工艺进行全面的分析和评估。
通过对哈伦斯工艺和劳斯工艺的研究，可以发现它们的共同问题是反应器操作压力高，能耗较大。
因此，低变工艺设计的重点是降低操作压力和能耗。
为了降低操作压力，可以从催化剂的选取和工艺流程的优化两个方面进行改进。
在催化剂的选取方面，可以选择具有高活性和稳定性的催化剂，以减少反应器操作压力。
同时，通过改变催化剂的物理性质和结构来调节催化剂的反应活性和选择性，进一步提高合成氨的产率。
在工艺流程的优化方面，可以对反应器的结构进行改进，采用多级反应器和热交换装置，以提高反应器的操作效率和热量利用率，减少废热损失，降低操作压力。
为了降低能耗，可以从原料的选择和催化剂的再生两个方面进行改进。
在原料的选择方面，可以选择高纯度和低能耗的原料，如优质天然气和纯净空气等，以提高合成氨的反应活性和选择性，并降低催化剂的消耗量。
在催化剂的再生方面，可以采用高效的催化剂再生技术，如热再生和化学再生等，以减少催化剂消耗和能源消耗。
在低变工艺设计中，还需要考虑废水处理和废气处理等环境因素。
可以采用先进的废水处理技术，如活性炭吸附、生物处理和膜分离等，以达到合成氨废水的达标排放。
同时，可以采用脱硫、脱氮和催化剂的再生等措施，处理合成氨废气中的污染物，减少对环境的影响。
综上所述，合成氨中串低变工艺设计是一项复杂的任务，需要从催化剂的选取、工艺流程的优化、原料选择、催化剂再生和环境处理等方面进行综合考虑。
通过合理的设计和优化，可以降低操作压力和能耗，提高合成氨的生产效率和经济性。
合成氨变换工段工艺设计
合成氨变换工段工艺设计1. 引言合成氨是一种重要的化工原料，在农业、化工和医药等行业广泛应用。
合成氨的生产过程中，合成氨变换工段是一个关键的工艺环节。
本文将介绍合成氨变换工段的工艺设计。
2. 工艺流程合成氨变换工段的工艺流程包括进料处理、反应器设计、温度控制和产品回收四个重要环节。
2.1 进料处理合成氨的主要原料是氮气和氢气，进料处理环节主要包括氮气和氢气的纯化和混合。
氮气和氢气需要通过特定的纯化设备去除杂质，以确保反应的纯度和效果。
然后，纯化后的氮气和氢气按照一定比例进行混合。
2.2 反应器设计反应器是合成氨变换工段的核心设备，根据反应器设计的不同，可以分为固定床反应器和流化床反应器两种。
固定床反应器是一种较为常见的反应器形式，氮气和氢气催化反应产生合成氨。
固定床反应器需要考虑催化剂的选择、填充物的设计以及反应器的传热设计等因素。
流化床反应器是近年来逐渐应用的一种反应器形式，其优点包括更好的热传递性能和更好的反应效果。
流化床反应器需要考虑反应器的气固分离、催化剂的循环和再生等因素。
2.3 温度控制温度对合成氨反应的影响非常重要，合适的反应温度可以提高反应速率和选择性。
在合成氨变换工段中，需要通过控制进料气体的温度和反应器的温度来实现对反应的控制。
温度控制还需要考虑热量的平衡问题，包括进料气体的预热和产物蒸汽的回收利用等。
2.4 产品回收合成氨变换工段的最终目标是获得高纯度的合成氨产品。
在产品回收环节中，需要进行氨的冷凝和气液分离。
冷凝过程中需要考虑温度和压力的控制，以确保氨的高效冷凝。
气液分离过程中，可以采用吸收液的方式将氨从气相中吸收出来，再进行后续处理和精制。
3. 设备选择合成氨变换工段的设备选择主要包括反应器、纯化设备、冷凝器和分离器等。
反应器的选择需要考虑反应速率、选择性和热传导等因素。
常用的反应器材料有不锈钢、镍基合金等。
纯化设备的选择需要考虑氮气和氢气的纯度要求以及生产规模等因素。
(工学)论合成氨中串低变工艺设计范文
摘要本文是关于以天然气为原料年产15万吨合成氨变换工段初步设计。
在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。
本设计的原料气中含有部分一氧化碳，不能直接作为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的作用下通过变换反应除去。
因此，一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。
本设计采用中串低工艺流程，其主要包括工艺路线的确定、中低温变换炉的物料衡算和热量衡算、变换炉和换热器进行总体结构设计及计算。
最终绘制出了该工序带控制点的工艺流程图。
关键词：天然气；一氧化碳变换；低温变换炉AbstractThis article is a preliminary design section what about the annual output of natural gas as raw materials to transform fifteen thousand tons of carbon monoxide ammonia .In the production of ammonia, carbon monoxide shift conversion is a very important reaction. Because the gas contains part of carbon monoxide and it not only couldn't be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also have poisoning effect on the catalyst of ammonia there must be removed through the catalytic reaction about the catalyst for transformation. So the carbon monoxide shift conversion is not only a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. This design uses medium and low temperature shift in series process, it contains the determination of process route, the Medium and Low Temperature Shifting Furnace of material balance and heat balance, shifting furnace and heat exchanger in overall structure design and calculation. Finally draw out the process control with process flow diagram.Keywords: natural gas; carbon monoxide shift conversion;Low Temperature Shifting Furnace目录摘要.................................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................................... II 目录............................................................................................................................................... I II 1 综述...................................................................................................................................... - 1 -1.1氨的性质和用途 . (1)1.1.1 氨的理化性质......................................................................................................... - 1 -1.1.2 氨的用途................................................................................................................. - 1 -1.2合成氨技术的发展史 .. (2)1.2.1 世界合成氨技术的发展......................................................................................... - 2 -1.2.2 中国合成氨工业的发展概况................................................................................. - 4 -1.3合成氨转变工序的工艺原理 .. (4)1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................................................................. - 4 -1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................................................................. - 6 -1.3.3 合成氨变换工序的工艺原理................................................................................. - 6 -1.4设计方案的确定 . (6)1.4.1 原料的选择............................................................................................................. - 6 -1.4.2 工艺流程的选择..................................................................................................... - 7 -1.4.3 工艺参数的确定..................................................................................................... - 8 -1.4.4 工厂的选址............................................................................................................. - 8 -2 变换工段物料及热量衡算................................................................................................ - 10 -2.1中温变换物料衡算及热量衡算 .. (10)2.2低变炉的物料与热量计算 (21)2.3废热锅炉的热量和物料计算 (26)2.4主换热器的物料与热量的计算 (28)2.5调温水加热器的物料与热量计算 (29)3 设备的计算........................................................................................................................ - 31 -3.1低温变换炉计算 .. (31)3.2中变废热锅炉 (32)主要参考文献.......................................................................................................................... - 36 -结束语...................................................................................................................................... - 37 -致谢........................................................................................................................................ - 38 -附录.......................................................................................................................................... - 39 -1综述1.1氨的性质和用途1.1.1氨的理化性质（1）物理性质：在常温常压下，氨是具有特殊刺激性臭味的无色气体，能刺激人体器官的粘膜。
合成氨变换工段 (2)
合成氨变换工段简介合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、化工、医药等领域。
合成氨变换工段是合成氨生产过程中的一个关键环节。
本文将介绍合成氨变换工段的工艺流程、设备及操作要点。
工艺流程合成氨变换工段是将合成气体中的氮气（N2）和氢气（H2）转化为氨气（NH3）的过程。
其工艺流程一般包括以下几个步骤：压缩经过合成气压缩工段后的合成气体进入合成氨变换工段前，需要进行进一步的压缩处理，以适应变换反应的要求。
压缩一般采用多级压缩方式，以提高压缩效率和能量利用率。
变换反应压缩后的合成气体进入变换反应器，其中装填有合适的催化剂。
变换反应是一个放热的反应，因此需要进行冷却，以控制反应温度在合适范围内。
反应器一般采用多床反应器并联运行，以确保反应的高转化率和低副反应产物含量。
分离变换反应生成的气体中含有未反应的氮气、氢气和产生的氨气，并伴有少量惰性气体。
为了获得纯度高的氨气，需要对气体进行分离。
常用的分离方法有吸收、膜分离和压力摩擦等。
吸收法是最常用的方法，一般采用水溶液吸收来分离氨气。
设备合成氨变换工段所需设备主要包括压缩机、反应器和分离塔等。
压缩机压缩机是将合成气体压缩到变换反应的所需压力的主要设备。
常用的压缩机有离心式压缩机和轴流式压缩机。
压缩机的选型应根据合成气体流量、压力和压缩比等参数来确定。
反应器反应器是合成氨变换工段的核心设备，其设计应考虑反应热平衡、传热效果和催化剂的使用寿命等因素。
常见的反应器类型有管状反应器、固定床反应器和流化床反应器等。
分离塔分离塔用于对变换反应生成的气体进行分离，以获取高纯度的氨气。
常见的分离塔类型有吸收塔和膜分离塔。
分离塔的选型应考虑气体流量、分离效率和运行成本等因素。
操作要点合成氨变换工段的操作要点包括以下几个方面：温度控制变换反应是一个高温反应，需要保持适宜的反应温度。
过高的温度会导致催化剂失活，过低的温度会降低反应速率。
因此，在操作过程中需要严格控制反应器的温度，并根据催化剂的性质和寿命进行调整。
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《化工工艺设计任务书》变换工艺设计说明书设计题目小合成氨厂低温变换工段工艺设计课题来源小合成氨厂低温变换工段工艺设计变换工段化学工艺设计标准变换工段在合成氨生产起的作用既是气体净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的CO含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。
要求：1.绘制带控制点的工艺流程图2.系统物料、能量衡算3.系统主要设备能力及触媒装填量核算4•该工段设备多，工艺计算复杂，分变换炉能力及触媒装填量核算、系统热量核算和系统水循环设备及能力核算。
变换工艺流程低压机四段来的半水煤气压力 2.0 MPa，温度40C的半脱气经热水洗涤塔除去气体中的油污、杂质，进入饱和塔下部与上部喷淋下来的166〜175 C的热水逆流接触，进行传质传热，使气体中的水汽含量接近饱和，从塔顶出来到蒸汽喷射器，补入外管来的高压蒸汽，进一步提高气体的温度和水气比，使出0/干气=0.6〜0.7。
达到变换所需的液气比值。
接着气体进入半水煤气换热器I,半水煤气换热器n管内加热，温度升至300 C,经过加压电炉进入中变炉内。
中变炉触媒分三段，每段各装一层触媒，上段出口变换气CO含量13〜15%，温度437C，通过甲烷化加热器壳程换热和增湿器降温，增湿温度降至370C进入中变二段，二段出口CO变换率8〜9%，温度403 C进入增温器，三段出口变换气中，CO 3〜3.5%，温度386C，经过半水煤气换热器n和半水煤气换热器I的管间，加热进中变的半水煤气，温度降至285C 然后进入一水加热器被管内的循环热水降温至185C,进入低变炉进行低温变换。
低变炉触媒分上、下两段，每段各层一层耐硫变换催化剂，上段出口变换气温度222C，含CO 0.5〜0.6%，进入段间冷却器管间，温度降至190C，进入低变炉下段反应，出口变换气温度232 C,含CO 0.2〜0.3%，进入二水加热器降温后，温度170 C进入热水塔与饱和塔底出来的热水逆流接触，进行传质传热，进一步降温并回收热量，147C的变换气接着又进入脱盐水预热器管内与来自脱盐水站的脱盐水换热后进入变换气水冷器管间，出来后温度降至40 C,在变换气水分离器内，分离冷凝水后去变脱工段。
变换工段化学工艺设计原则1.入工序气体流量：6000kmol/h （干基）压力：2.47Mpa温度：40 C2.入口气体组分：CO%=2.01% CO2%=10.95% 出％=41.49% 2%=13.93% CH4%=0.21% H2O%=31.23% Ar=0.18 %（体积比）3.出口气体组分：CO% < 0.34% （体积比）目录1.前言................................................................ 1.1.1.变换气反应原理................................................ 1.1.2.CO变换反应的化学平衡的影响因素： (3)1.3.CO低温变换催化剂............................................. 4.1.4.工艺流程简述.................................................. 5.2.物料及热量衡算 ..................................................... 7.2.1.设计条件...................................................... 7.2.2.低温炉变换第I段催化剂层物料及热量衡算 (7)2.2.1.低温变换第I段催化剂层 H20/干气 (7)2.2.2.低温变换第I段催化剂层CO的平衡转换率计算 (8)2.2.3.出口温度校核............................................ 8.2.2.4.低温炉变换第I段催化剂层物料及热量衡算 (9)2.3.第二变换炉第U段催化剂床层物料及热量衡算 (9)2.3.1.第二变换炉第二段催化剂层CO的平衡转化率计算 (10)2.3.2.第二变换炉第二段催化剂热量衡算......................... 1 02.3.3.平衡温距校核.......................................... 1.13.主要设备计算 ...................................................... 1.23.1.低变换炉的计算 (12)3.1.1.低温变换第一段催化剂用量计算........................... 1 23.1.2.第二变换炉第二段催化剂用量计算......................... 1 33.2.煤气换热器的计算 (14)3.2.1.设备直径及管数确定..................................... 1.43.2.2.设备规格的确定 (15)3.2.3.传热系数计算 (16)3.2.4.传热面积计算 (20)3.2.5.列管长度的计算 (20)4.主要设备一览表 (21)5.主要参考文献 (22)丄、F 亠一—1.刖言合成氨生产常用的原料包括：焦碳、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。
不论以固体、液体或气体为原料，所得到的合成氨原料气中均含有一氧化碳。
固体燃料气化所得半水煤气中的一氧化碳含量为28%~30%，烃类蒸汽转化为12%~13%,焦炉转化气为11%~15%，重油部分氧化为44%~48%。
一氧化碳的清除一般分为两次。
大部分一氧化碳，先通过变换反应，即在催化剂存在的条件下，一氧化碳与水蒸气作用生成氢气和二氧化碳。
通过变换反应，既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时，又可制得与反应了的一氧化碳相等摩尔的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。
因此，一氧化碳的变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。
最后，残余的一氧化碳再通过铜氨液洗涤法、液氮洗涤法或甲烷化法等方法加以清除。
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。
目前，变换工序主要有全低变”工艺和中低变”工艺，此次设计运用的是中低变串联”工艺是90年代在我国小合成氨厂开始使用的，是从“中低变”演变而来，使用低温活性较好的 B302Q、B303Q等耐硫变换催化剂，各段进口温度均在200 C左右。
经过几年的发展，随着耐硫低温催化剂的开发利用，“全低变”的工艺和设备不断完善，操作水平也进一部提高，目前“全低变”工艺已进入成熟阶段。
该工艺具有蒸汽消耗低、系统阻力小、生产强度大等优点。
1.1.变换气反应原理合成氨生产需要的原料气是 H2和N2,而半水煤气中含有约30%左右的CO, 需要将其除去。
变换工段的目的就是将半水煤气中的 CO除去，在本质上是原料气净化的一个过程。
为了将 CO除去，工业上采用的方法是：在催化剂存在的条件下，利用较为廉价的水蒸气与 CO反应，生成H2和CO2。
原料气中的一氧化碳与水蒸汽的变换反应可用下式表示：CO + H O C2O 尹Q ( 1-1}此反应为可逆放热反应，反应热为 40964 J/mol,当开车正常生产后，即可利用其反应热来维持过程的继续进行。
在一般情况下，一氧化碳与水蒸汽直接进行反应，其变换反应的速度是很慢的，如果用催化剂催化，则可以加快反应速度，大大有利于变换反应的进行。
随着一氧化碳变换反应的进行，伴随着微量的副反应发生，主要有如下几种:（1）甲烷的生成CO 3H 2 二CH 4 H 2O QCO 3H 2 二CH 4 H 2O QCO 2 4H 2 = CH 4 2H 2O Q（2） 一氧化碳的分解反应2C0 二 C CO 2 Q（3） 有机硫的转化反应COS H 2 二 CO H 2SCOS H 2O =CO 2 H 2SCS 2 2H 2O 二 CO 2 2H 2SCO 变换反应化学平衡一氧化碳和水蒸汽的变换反应系可逆反应。
CO H 2O = CO 2 H 2 Q其平衡常数为: ., y CO y H 2 rCO C H 2K P - ■ y CO y H 2O r CO rH 2O(1-9) 式中：yi --- 各组分的摩尔分数r ――气体的逸度系数Kp ―― CO 的平衡常数 由于小合成氨厂的变换反应多在压力的，其逸度系数接近于1,即:则式（1-9）可简化为:、,y C°2 y H 2 F CO PH 2K P -- - y CO y H 2O P CO PH 2O (1-2) (1-3) (1-4) (1-5) (1-6) (1-7) (1-8) <2.0 MPa,温度为180〜250 C条件下进行 r CO 2 rH 2 r CO rH O二 k r =1(1-10) (1-11)式中，Pi--各组分的分压由于变换反应是一个放热反应，考虑平衡常数是温度的函数，且随温度的升高而降低。
平衡常数与温度关系的表达式很多，数值各不相同，这是由于恒压热容等基础热平衡数据不同所致。
本设计可采用下面的公式计算[1]。
2185 3 7 2lg K P0.11021lgT 0.6218 10 -1.0604 10”T2-2.218T（ 1-12）式中，T――温度，K5025.163 3 7 2K p =exp（0.09361 n T 1.4555 10_T-2.4887 10"T -5.2894）T（ 1-13）在变换范围内，平衡常数也可用下面简化式计算：4757lnK P 4.33T（ 1-14）式（1-14）在低温下计算出的 Kp与式（1-⑵及（1-13）相差较大，温度越高误差越小。
1.2.CO变换反应的化学平衡的影响因素：a.温度温度对变换反应的影响较大：温度升高，反应速度加快。
从化学平衡来看，降低反应温度，增加蒸汽用量，有利于反应向生成氢气和二氧化碳的方向进行，可以提高CO平衡转化率。
在变换反应的初期，反应物浓度高，提高反应温度，可加快正反应；在变换反应的后一阶段，二氧化碳和氢气的浓度增加，逆反应速度加快，因此，须设法降低反应温度，使逆反应速度减慢，这样可以得到较高的变换率。
但降低温度也减慢了反应速度，降低了催化剂的生产能力，应综合考虑。
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，一般要在较高的温度下进行，而在反应的后一阶段，为了使反应比较完全，就必须使温度降低一些，工业上采取的两段中温变换就是根据这一概念设计确定的。
对于一氧化碳含量在2%—4%的中温变换气体，只需要在 230 C左右，用低温变换催化剂进行低温变换。