壓力對變換反應(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關(guān)。從反應(yīng)動力學(xué)角度而言,加壓能提高反應(yīng)速度。
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方向進行。但從動力學(xué)角度說,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。對于低變來說,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,以確定低變過程的溫度下限。因為低變過程中催化劑的操作溫度較低,而氣體中水蒸汽含量又較高,當氣體低溫進入低變系統(tǒng)時,就有可能達到該條件下的露點溫度而析出液滴,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,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溫度。為安全起見,操作溫度的下限應(yīng)比在此條件下的露點溫度高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。
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)的進行,同時有利于床層溫度的控制。但過高的水氣比,將會使催化劑床層的阻力增加,CO停留時間縮短,余熱回收設(shè)備負荷加重,并影響設(shè)備的生產(chǎn)能力,且會使Co-Mo觸媒反硫化。
空速是指單位時間通過單位體積觸媒的氣體量??账龠^大,則氣體和觸媒的接觸時間短,CO來不及反應(yīng)就離開了觸媒層,變換率低:過小,則通過觸媒層的氣量小,降低生產(chǎn)強度,形成浪費,一般在催化劑活性好時,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,適當降低空速,以保證出口CO的含量。
在變換反應(yīng)過程中,如果能將生成的CO2除去,就可以使變換反應(yīng)向右移動,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,然后再進行第二次變換。
CO變換過程中,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)的進行。但在實際生產(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。