变换：CO变换工艺的作用

由天然气、渣油、和煤制取的粗原料气中，总是含有一定量的CO，例如，固体燃料气化制得的半水煤气含一氧化碳25％-40％，重油气化制得的水煤气含一氧化碳44％-49％，天然气蒸汽转化法制得的半水煤气含一氧化碳12％-14％。但因原料气的用途不同，对CO的含量要求也不同。在甲醇合成工业中，要求CO含量在19-21％，而在合成氨工业中，一氧化碳对氨合成催化剂有毒害作用，应尽可能清除。这就需要通过一氧化碳变换工艺来调整原料气中CO的比例。一氧化碳变换是指一氧化碳与水蒸气反应生成氢气的过程。即 反应后的气体称为变换气。这样，既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时又能制得与反应了的一氧化碳等摩尔的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。因此，一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。工业上CO变换反应都是在催化剂存在的条件下进行，六十年代以前，在许多中型合成氨厂的工艺中，都是将原料气中的H₂S和SO₂等硫化物在被脱除的情况下，用以Fe₂O₃为主体的催化剂，在350～550℃的条件下进行变换反应，但约有2-4%的CO存在于变换气中。六十年代以后，研究出了活性更高的一氧化碳变换催化剂，但这些催化剂的抗毒性差。随着渣油为原料制氨工艺的发展，针对直接回收热能的激冷流程，如果仍然用传统的先脱硫、后脱碳的方法，势必将以蒸汽状态回收的大量热能损失掉。为了充分发挥利用渣油气化反应热，有必要使一氧化碳变换直接串于渣油气化制取原料气之后，而将硫在一氧化碳变换之后一并脱除。因而开发了活性高的以CuO为主体的催化剂，操作温度在200～280℃的条件下进行变换反应，残余的CO在0.2～0.4%左右。为了区别上述两种温度范围的变换过程，将前者称为中温变换(或高温变换)，而后者则称为低温变换。所用的催化剂分别称为中变(或高变)催化剂及低变催化剂。   低变催化剂虽然活性高，但抗毒性差，操作温度范围窄，所以很少单独使用。在合成氨工业中，采用铜氨或液氮洗去除残余一氧化碳，要求变换气中CO＜4％，中温变换既可满足；而采用甲烷化法脱除一氧化碳，要求一氧化碳含量低于0.5％，就必须采用中温变换串低温变换的工艺流程。一般合成氨工艺过程都有中温变换，而甲醇合成工艺过程只用低变即可满足。