1 Технология конверсии со

С температурой 400 ⁰С конвертированный газ из котла-утилизатора (II ступень конверсии) направляется на конверсию оксида углерода (СО). Процесс конверсии проводят по реакции

CO+H₂O=CO₂+H₂+41кДж/моль

Главная цель процесса конверсии – максимально полное получение целевого продукта ВОДОРОДА, т.к. СО является балластом и накапливается в синтез-газе, удаляясь при продувке вместе с водородом.

В производстве аммиака осуществляется глубокая конверсия до остаточной концентрации оксида углерода 0,2 – 0,5 %. Как показывает практика, снижение концентрации СО на 0,1% уменьшает количество продувочных газов на 10% и увеличивает производительность по аммиаку примерно на 1%.

Конверсии СО является обратимой и экзотермической реакцией и протекает более полнее при снижении температуры, давление не оказывает влияние на степень конверсии. Процесс конверсии (реакция между СО и водяным паром) протекает лишь в присутствии катализатора, температура процесса определяется активностью катализатора. Для повышения степени конверсии либо повысить концентрацию водяного пара. Либо отвести СО2 из конвертированного газа.

Конверсию проводят в две стадии под давлением 2,0–3,0 МПа ((20–30)10⁵ Па).

В первой стадии (среднетемпературная) на железохромовом катализаторе СТК (Fe-Cr) конвертируется значительная часть СО и температура повышается от 320–380 на входе до 400–450 ⁰С на выходе.

Вторую стадию (низкотемпературная) осуществляют на медь содержащем катализаторе НТК (Cu) при температуре 200–250 ⁰С.

Для (Fe-Cr) катализатора ядами являются соединения кремния, фосфора, бора, мышьяка. СТК катализирует реакцию конверсии СО, однако присутствующие органические сульфидные соединения в присутствии водяного пара конвертируются в сульфид водорода, который реагирует с катализатором, образуя сульфид железа

Fe3o4+2H2S+H2=3FeS+4H2O+79,5

Реакция обратима поэтому в зависимости от соотношения пар:газ и температуры возможно как поглощение так и выделение ранее поглощенной серы в парогазовую смесь. Для исключения процесса отравления НТК железный контакт обессеривают

3FeS+4H2O=Fe3O4+2H2S+H2-79,5

Процесс обработки катализатора проводят в колоннах синтеза при температуре 340–380 ⁰С за 2–2,5 суток.

Ядами для НТК являются соединения серы, хлора, фтора, мышьяка.

В технологических схемах применяется 2 вида аппаратов:

- коаксиальные

- радиальные

1. Коаксиальный

парогазовая смесь проходит параллельно оси аппарата.

Нкат = 3-5 м

Wгаза = 0,25-0,5 м/с

Р= (0,25-0,5)*10^-5 Па

2. Радиальный

парогазовая смесь проходит перпендикулярно оси аппарата.

Характеристики:

Нкат = 1,0-1,3 м

Wгаза = 0,03-0,1 м/с

Р= 1*10⁴Па

Рисунок 3,4

Газ поступающий на конверсию имеет состав: 57% Н₂, 22–23% N₂, 12–12,5% СО, 7,5–8%СО₂, 0,25% Ar, 0,35% СН₄. При температуре примерно 1000 °С газ направляется в котел-утилизатор 14, вырабатывающий пар. Здесь реакционная смесь охлаждается до 380—420 ^oС и идет в конвертор СО I ступени 15, где на железохромовом катализаторе протекает конверсия основного количества оксида углерода водяным паром. Выходящая из реактора при температуре 450 °С газовая смесь содержит примерно 3,6% СО. В паровом котле 16, в котором также вырабатывается пар, парогазовая смесь охлаждается до 225 °С и подается в конвертор СО II ступени 17, заполненный низкотемпературным катализатором, где содержание СО снижается до 0,5%. Конвертированный газ на выходе из конвертора 17 имеет следующий состав (%): Н₂ — 61,7; СО — 0,5; СО₂ — 17,4; N₂ + Аr — 20,1; СН₄ — 0,3. После охлаждения и дальнейшей утилизации теплоты конвертированный газ при температуре окружающей среды и давлении 2,6 МПа поступает на очистку.

Если очистка работает неудовлетворительно, то используют 2 пути:

– Меняют катализаторы первой и второй стадии очистки

– проводят дополнительно селективную очистку оксидов углерода на Pt-содержащем катализаторе. Остаточное содержание СО составляет при этом нескольких сотен процентов. Применение селективной очистки приводит к увеличению выхода аммиака, увеличивает срок службы катализатора синтеза аммиака (СА-1).