年产4万吨合成氨变换工艺设计.docx

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年产4万吨合成氨变换工艺设计

职业技术学院

毕业设计（论文）

（冶金化工系）

题目年产4万吨合成氨变换工艺设计

专业应用化工技术

班级

姓名

学号

指导教师

完成日期2010.6.25~2010.10.10

目录

摘要1

第一章概述2

1.1氨2

1.1.1氨的性质2

1.1.2氨合成的原料2

1.1.3氨的用途3

1.1.4合成氨生产方法4

1.1.5合成氨的条件5

1.1.6合成氨生产的进展5

1.1.7未来我国合成氨工业发展方向6

1.2变换工艺发展概况7

1.3一氧化碳的变换工段的简介8

1.4一氧化碳的变换工艺9

1.5一氧化碳变换工艺原理12

1.6中变串低变流程12

1.7工艺条件13

1.7.1温度13

1.7.2压力15

1.7.3H2O/CO215

1.7.4中温变换催化剂15

第二章变换工段物料衡算17

2.1中温变换物料衡算17

2.1.1确定转化气组成17

2.1.2水汽比的确定17

2.1.3中变炉一段催化床层的物料衡算18

2.1.4中变炉二段催化床层的物料衡算19

2.2低变炉的物料计算20

2.2.1已知条件20

2.2.2低变炉的物料衡算20

参考文献22

致谢23

摘要

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。

除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。

合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

本文主要阐述了合成氨的基本知识及变换工艺的相关计算。

关键词：

合成氨变换设计

第一章概述

1.1氨

1.1.1氨的性质

1、氨的物理性质

氨在标准状态下是无色气体，比空气密度小，具有刺激性气味，会灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸器官粘膜。

空气中氨质量分数在0.5％一1.0%时，就能使人在几分钟内窒息。

氨水溶液能引起局部刺激作用，浓氨水对眼睛会产生特别严重的作用，皮肤的作用随浓度和接触时间而变化，从轻度皮肤炎到严重烧伤。

因此，应牢记氨对人可能造成的危害以及应采取的措施[1]。

常压下气态氨冷却到—33．35℃（沸点）才能液化；而在常温下需加压到o．87MPa时才能液化。

液氨为无色液体，汽化时吸收大量的热。

液氨的物理性质和水相似，也是一种优良的溶剂。

氨气易溶于水，成为氨水，氨水呈弱减性，氨在水中的溶解废随压力增大而增大．随温度的升高而降低，氨在水中溶解时放出大量的热，液氨或严燥的氯气对大部分物质不腐蚀。

在有水存在时，对钢、银、锌等金属有腐蚀。

氨是一种可燃性气体，自燃点为630℃，故一般较难点燃。

气态氨易溶于水[2]。

2、化学性质

氨与空气或氧的混合气在一定浓度范围能够发生剧烈的氧化作用而爆炸，在常温常压下，氨与空气爆炸界限为15％一28％；100℃、0.1MPa下，爆炸界限为14．5％一29．5％。

有饱和水蒸气存在时，氨—空气混合物的爆炸界限较窄。

氨的化学性质较活泼，能与酸反应生成盐。

如：

与磷酸反应生成磷酸铵；与硝酸反应生成硝酸铵；与二氧化碳反应生成氨基甲酸氨，脱水后成为尿素；二氧化碳和水反应生成碳酸氢铵等等。

在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。

氨在高温下（800℃以上）分解成氮和氢[3]。

1.1.2氨合成的原料

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[4]。

1.1.3氨的用途

氨是最为重要的基础化工产品之一，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于合成氨。

氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的基础，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分均占70%的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨” 。

氨在国民经济中有着重要意义，特别是对农业生产有着重大意义，现在约有85％的氨用来制造化学肥料，氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。

硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。

此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接用作肥料，它的加工产品有尿素、硝酸铵、氯化铵和碳酸氯铵以及磷酸铵、氯磷钾混合吧等。

除液氨可直接作为肥新外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以及各种含氮混肥和复肥，都是以氨为原料的。

氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。

从氨可以制得硝酸，进而再制造硝酸铵、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纤维素等炸药。

在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素等作为氮源，生产己内酰胺、尼龙6单体、己二胺、人造丝、丙烯腊、酚醛树脂和腮醛树脂等产品。

氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为纪元素的来源生产己内配胺、尼龙—6、丙烯臆等单体和尿醛树脂等产品。

由氨制成的硝酸，是各种炸药的基本原料如三硝基甲苯，及其他各种炸药。

硝酸铵既是优良的化肥．又是安全炸药，在矿本建设中广泛应用。

氨的其他工业用途也十分广泛，在石油炼制、橡胶工业、冶金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药等工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。

例如：

在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药工业中用作生产磺胺类药物．维生素、蛋氨酸相其他氨基波等等。

氨还应用于国防工业尖尖端技术中。

制造三硝基甲苯、三硝基苯酚酚、硝化甘油、硝化纤维等多仲炸药都消耗大量的氨。

生产导弹、火箭的推进剂和氧化剂．同样也离不开氨。

1.1.4合成氨生产方法

生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。

1、天然气制氨

天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。

以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。

2、重质油制氨

重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。

空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。

3、煤（焦炭）制氨

随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用，但随着能源格局的变化，现在煤制氨又被重视起来，外国主要是粉煤气化技术发展很快，国内则转向型煤制气技术已非常成熟。

1.1.5合成氨的条件

氨的合成是一个放热、气体总体积缩小的可逆反应。

根据化学反应速率的知识，得知升温、增大压强、及使用催化剂都可以是合成氨的化学反应速率增大。

（1）压强：

有研究表明，在400°C，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成，但实际生产中，太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，这就增加了生产成本，因此，受动力材料设备影响，目前我国合成氨厂一般采用20Mpa~50MPa.

（2）温度：

从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利，但温度过低，反应速率会很小，故在实际生产中，一般选用500℃。

（3）催化剂：

采用铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在500℃时活性最大，这也是合成氨选在500℃的原因。

以铁为主的催化剂（铁系催化剂）有催化活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒性好等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。

催化剂的活性成分是金属铁，而不是铁氧化物。

使用前用氢氮混合气对催化剂还原，使铁氧化物还原为具有较高活性的a型纯铁。

还原反应方程式为：

FeO•Fe2O3＋4H2==3Fe＋4H2O

A12O3在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，从而防止活性铁的微晶长大，增加了催化剂的表面积，提高了活性。

1.1.6合成氨生产的进展

第一次世界大战结束后，德国因战败而被迫把合成氨技术公开。

一些国家在此基础上做了改进，出现了不向压力的合成方法：

低压法（10MPa）、中压法（20-30MP8）和高压法（70-100MPa）。

但大多数工厂采用中压法，所月原料主要是焦炭和焦炉气。

二次世界大战后，持别是50年代开始，随着世界人口不断增长，用于制造化学肥料和其他化工产品的氨量也在迅速增加。

20世纪50年代，由于大然气、石油资源大量开采，为台成氨提供丁丰富的原料．促进了世界合成氨工业的迅速发展。

以廉价的天然气、石脑油和重油来代替固体原料生产合成氨，从工程投资、能量消耗和生产成本来看具有显著的优越性。

起韧，各国将天然气作为原料。

随着石脑油蒸汽转化催化剂的试制成功，缺乏天然气的国家开发丁以石脑油为原料的生产方法。

在重油部分氢化法成功以后，重油也成了合成氨工业的重要原料。

20世记60年代以后，开发了多种活性好的新型催化剂．能量的回收与利用更趋合理。

大型化工程技术等方面的进展，促进了合成氨工业的高速度发展，引起了合成氨装置的重大变革[2]。

1.1.7未来我国合成氨工业发展方向 

（1）生产能力大型化

目前国外合成氨生产规模发展趋势是提高单系列生产能力。

未来氨装置单系列生产能力为日产2kt,尿素装置相应为3.5kt。

新建单系列投资比双系列可降低20%。

我国合成氨日产2kt大型系列应走老厂改扩道路,在现有日产1kt合成氨装置上采用在二段转化炉加氧,便可使生产合成气生产能力加翻,达日产2kt,再进行氨合成配套和将氨加工成尿素,采用高压变换气气提法在生产尿素的同时代替脱除CO2装置,以平衡增产氨和氨的加工产品的生产能力。

这种改造投资还不到新建的1/2。

将来天然气成网配置后,对30多套大型合成氨装置改扩后,每年就能够增产合成氨近10Mt,同时提高了天然气原料制氨的比重。

（2）产品多样化

当今从制氨用合成气出发,在制取合成氨的同时,联产甲醇和碳一化工产品,已成为资源综合利用的有效途径。

随着深度加工产品的不断开发,化学应用领域不断开拓,其在国民经济中的地位将愈显重要。

（3）开发撬装式装置

在油田开采中,分散伴生的天然气都未能回收利用而放空烧掉。

在新疆地区每年就烧掉近109m3天然气,若回收可生产尿素1.6Mt/a或甲醇1Mt/a,这是个具有重大的经济和环境意义的工程,需要统筹规划,开发建设移动撬装式回收装置,以灵活地进行油田伴生气的回收利用[5]。

（4）研究开发天然气制氨新工艺

开发天然气电热换热多媒体转化器。

在等压下合成氨、甲醇、尿素新工艺,因其能耗低、投资省,利于模块化、系列化的中小规模生产装置,将是今后天然气制合成气的一种新工艺。

1.2变换工艺发展概况

合成氨变换工艺发展至今，先后经历中温变换、中串低、全低变及中低低4种工艺。

在80年代中期以前，变换工艺以中温变换为主，中变出口控制在3%左右，汽气比在0.8以上，能耗高，吨氨蒸汽消耗达1t。

80年代中期上海化工研究院开发了“中串低”变换工艺，并于1989年通过原化工部技术鉴定。

低变出口可达1.5%以下，汽气比可降至0.6，与中温变换工艺相比较，节能效果显著，吨氨蒸汽消耗降至600~800kg。

该工艺技改方便，只需在原中变流程中添加一调温水加和一低变炉即可，因而该工艺在当时得以迅速普及，为氮肥企业带来了显著的经济效益。

90年代初，湖北化学所和湖北省化肥协会率先把全低变工艺用于小合成氨厂的

变换技改。

由于该工艺反应温度低，比中串低工艺最高反应温度下降约100，全部使用钴钼系低变催化剂。

同一套设备，由中串低改为全低变，可显著提高生产能力，同时能耗大幅下降，汽气比可降至0.45，吨氨蒸汽消耗为200~300kg。

该工艺特别适用于管理水平高、设备小又需大幅提高生产能力。

的厂家。

该工艺曾为许多厂家用于变换技改。

但该工艺的实施也使一些厂家付出了代价。

由于中国特色的造气，半水煤气一般含有约5%的O2，氧易使钴钼系低变催化剂中毒，从而造成全低变一段低变催化剂失活；小氮肥厂的半水煤气中有少量的油污，全低变工艺操作温度较低，油污易沉积在一段催化剂上，再加上低变催化剂易结块，全低变一段催化剂床层的阻力增加较快，难以解决；由于全低变要求H2S入口含量较高，易造成饱和热水塔、主热交等设备的腐蚀，有的厂由于水质净化不彻底，含有Cl-，不锈钢设备也腐蚀严重，影响变换系统的稳定运行。

由于全低变工艺对原料气、水和蒸汽的质量要求较高，条件苛刻，许多合成氨厂不能达到要求。

为了克服全低变工艺的缺点，中低低变换工艺应运而生。

中低低变换工艺是在吸收中串低和全低变的优点基础上，结合我国化肥企业的管理水平而发展起来的一种变换工艺。

中低低工艺之所以比中串低工艺节能在于低变段间有换热，降低了低变的最终出口温度；中低低工艺比全低变操作稳定在于中变触媒起净化剂作用，保护了低变催化剂免遭厄运，而H2S进口含量只需达到中串低工艺的要求即可，这样就基本解决了全低变工艺所遇到的三大难题，达到稳定生产的目的；中低低工艺的能耗与全低变工艺相比，略有升高，汽气比约为0.45~0.5，吨氨蒸汽消耗为200~300kg[6]。

1.3一氧化碳的变换工段的简介

变换工段是指CO与水蒸汽反应生成二氧化碳和氢气的过程。

在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。

合成氨粗原料气个的一氧化碳是氨合成催化刑的毒物，需在进入氨合成工段前予以清除。

粗原料气中一氧化碳的含量因原料及方法不同有较大的差别。

各种粗原料气中一氧化碳含量大致为：

固体燃料气化制得半水煤气中为28％～30％；焦炉气转化气中为11％～15％；重油部分氧化气中为44％～48％；烃类蒸汽转化气中为12％～13％。

一氧化碳的清除一般分为两步。

首先，利用一氧化碳与水蒸气作用生成氢和二氧化碳的变换反应除去大部分一氧化碳，这一过程称为一氧化碳的变换，反应后的气体称为变换气。

通过变换反应既能把一氧化碳转变为易于除去的二氧化碳．同时又可制得等体积的氢，因此一氧化碳变换是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。

然后，再采用铜氨液洗涤法、液氮洗涤法或甲烷化法脱除变换气中残余的一氧化碳。

目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。

所谓中变串低变流程，就是在B107等铁铬系催化剂之后串入钴钼系宽温变换催化剂。

在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。

一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。

由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。

合成氨是能量消耗大户，尤其是以煤为原料的合成氨厂，每吨氨能耗约67～83MJ，其中小合成氨的能耗偏高，而中温变换是仅次于造气、压缩工段的能耗大户，所以变换工艺的选择主要是以节能为依据。

　　为保证变换炉能在足够的蒸汽和温度条件下正常运行，于之相匹配的流程配置大致有三种情况：

　　流程一：

在向半水煤气添加蒸汽之后进入系统。

　　流程二：

在经过主换热器升温之后，再向半水煤气中添加蒸汽。

　　流程三：

为属于向半水煤气添加蒸汽之后进入换热系统的类型，但利用变换器余温加热水，在饱和热水塔中提高半水煤气的温度，以降低生蒸汽的消耗。

　　变换工艺流程分析：

在上述三个流程中，流程一于流程二属于一个类型，只是添加蒸汽的位置不同，蒸汽全靠外供。

流程一与流程三换热属于同一个类型，全是添加蒸汽之后进入换热器的，只是流程三的半水煤气会经饱和塔提温、增湿。

流程三所需外加蒸汽远小于流程二。

　　（a）流程二相比较：

中间换热器的高低温端气流量相当，有效温差一致，其所需换热面积也差异不大。

主换热器则不然，流程二的低温端进口气温大大地低于流程一，从而导致换热面积有数倍之差。

　　（b）碳变换反应可知，要使一氧化碳变换较完全，必须加入适量的蒸汽。

为了降低外加蒸汽的消耗量，可以利用反应热来取得蒸汽，这样回收了热量，节省了蒸汽，又使变换气中含有的过量蒸汽冷凝下来，变换气得到冷却，故流程中需要有饱和塔和热水塔。

一氧化碳变换是在催化剂存在下进行的，催化剂均有一定的活性温度范围，故半水煤气必须预热至一定温度后，才可送入催化床，而变换后的气体温度却很高，应该予以冷却，因此设有换热器，以回收热量，维持全系统的热平衡。

变换后的气体虽经热交换器、热水塔后，温度还比较高，必须继续降温后，才能进入碳化塔，所以必须设冷凝塔，使变换气温度降至40℃左右，才能送碳化或脱碳工段。

（c）变换反应过程的温度，一般依赖自热来维持，能否完全靠自热维持，是衡量生产经济性的标准。

在反应能依赖自热进行的条件下，影响经济性的因素则主要取决于蒸汽的消耗量。

因此热量的回收和蒸汽的节约，是判断变换流程好坏的一个重要尺度，而这两项同饱和塔操作情况有密切关系。

1.4一氧化碳的变换工艺

各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%～40%，一氧化碳不仅不是合成氨所需要的直接原料，而且对氨合成催化剂有毒害作用，因此原料气送往合成工序之前必须将一氧化碳彻底清除。

生产一般分两次除去。

首先，利用一氧化碳与水蒸气作用生成氢和二氧化碳的变换反应除去大部分一氧化碳，再采用铜氨液洗涤法，液氮洗涤法或甲烷化法脱除变换气中残余的微量一氧化碳。

脱除半水煤气中一氧化碳主要有以下四种方法：

　1、铜氨液吸收法

这是在高压和低温下用铜盐的氨溶液吸收CO的方法，可使CO含量降至10cm3/m3以下。

此法是先吸收CO并生成新的络合物,然后将以吸收CO的溶液在减压和加热的条件下再生。

通常把铜氨液吸收CO的操作称“铜洗”，铜盐氨溶液称为“铜氨液”或简称“铜液”，净化后的气体称为“铜洗气”或“精炼气”。

铜氨液吸收法大多采用醋酸铜氨液，主要成分是醋酸二氨合铜（低价铜）[Cu（NH）33Ac]、醋酸四氨合铜（高价铜）[Cu（NH3）2Ac]、醋酸铵和游离氨。

能吸收CO的是低价铜，高价铜起着稳定低价铜的作用，该溶液除能吸收一氧化碳外，还可以吸收二氧化碳、硫化氢和氧，所以铜洗是脱除少量CO和CO2的有效方法之一，而且在铜洗流程中也可以起到脱除硫化氢的最后把关作用。

（1）吸收反应吸收CO的反应：

Cu（NH3）2Ac+CO+NH3→[Cu（NH3）3CO]Ac

吸收CO2的反应：

2NH3+CO2+H2O→（NH4）2CO3

生成碳酸铵继续吸收CO2：

（NH4）2CO3+CO2+H2O→2（NH4）HCO3

吸收H2S的反应:

NH4OH+H2S→（NH4）2S+2H2O

2Cu（NH3）2Ac+2H2S→Cu2S↓+2NH4Ac+（NH4）2S

因此，在铜液除去CO的同时，也有脱除H2S的作用。

但当原料气中H2S含量过高，由于生成Cu2S沉淀，易于堵塞管道、设备，还会增大铜液黏度和使铜液起泡。

这样既增加铜液消耗，又会造成带液事故，因此，要求进铜洗系统的H2S含量愈低愈好。

（2）铜氨液的再生铜氨液的再生包括两个方面：

一是把吸收的CO、CO2完全解析出来；二是将被氧化的高价铜还原为低价铜，同时调整总铜以恢复铜比，使铜液循环使用。

铜液从铜洗塔出来后，经减压并加热至沸腾，使被吸收的CO、CO2解析出来。

此外，进行高价铜还原为能吸收CO的低价铜反应，即高价铜被溶解态的CO还原为低价铜过程，溶解态的CO易被高价铜氧化成CO，此再生方法称之为湿法燃烧反应,再生后铜液循环使用。

反应如下：

Cu（NH3）2CO+2Cu（NH3）42++4H2O→3Cu（NH3）2+++CO2+2NH4++3NH4OH

2、甲烷化法

甲烷化法是在催化剂存在下是少量CO、CO2与氢反应生成CH4和H20的一种净化工艺。

甲烷化法可将气体中碳的氧化物（CO+CO2）的含量脱除到10cm3/m3以下。

甲烷化反应系甲烷蒸汽转化反应的逆反应，所用的催化剂都是以镍为活性组分。

其反应在较低温度下进行的，要求催化剂有很高活性。

因此，甲烷化催化剂中的镍含量要比甲烷蒸汽转化为高，一般为15%～30%（以Ni计），有时还加入稀土元素作为促进剂。

反应式如下：

CO+3H2→CH4+H20

CO2+4H2→CH4+2H20

该法消耗氢，同时生成甲烷，因此，只有当原料气中（CO+CO2）的含量小于0.7%时，可采用此法。

20世纪60年代初开发了低温变换催化剂后，为这种操作方便、费用低廉的甲烷化工艺提供了应用条件。

甲烷化法工艺简单、操作方便、费用低，但合成氨原料气惰性气体的含量高

3、深冷液氮洗涤法

以上两种方法都是利用化学反应把碳的氧化物脱除到10cm3/m3以下，净化后氢氮混合气尚含有0.5%～1%的甲烷和氩。

虽然这些气体不会使合成氨催化剂丧失活性，但它们能降低氢、氮气体的分压，从而影响氨合成的反应速率。

深冷分离法是一种物理吸收法，是在深度冷冻（小于-100℃）条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，这是此法的一个突出优点。

对于采用节能型的天然气二段转化工艺由于添加过量空气而带入过量的氮，用深冷分离法也可脱除。

深冷液氮洗涤法需要液体氮，从全流程的经济性考虑，应与设有空气分离装置的重油部分氧化、煤纯氧气化制备原料气或与焦炉气分离制氢的流程结合使用。

液氮洗涤的冷源通常借高压氮洗所得富CO馏分节流至低压的制冷效应获得的。

1.5一氧化碳变换工艺原理

一氧化碳是氨合成反应的毒物，在原料气中含量为13%~30%，一氧化碳变换主反应为：

CO+H2O=CO2+H2+Q

通过上述反应，CO转化为较易被消除的CO2并获得宝贵的H2，因而一氧化碳变换既是气体的净化过程，又是原料气制取的继续。

最后，少量的CO再通过其他净化法加以脱除。

此外，一氧化碳与氢之间还可发生下列反应：

CO+H2=C+H2O

CO+3H2=CH4+H2O

但是，由于变换所用催化剂对反应式具有良好的选择性，从而抑制了其他副反应的发生。

变换过程中还包括下列反应式：

2H2+O2=2H2O+Q

1.6中变串低变流程

中变串低变工艺是80年代中期发展起来的。

就目前中、小型厂而言，所谓中变串低变流程，就是在B107等铁铬系催化剂之后串入钴钼系耐硫变换催化剂。

由于耐硫变换催化剂活性温度范围宽（在160-460℃之间都具有良好的活性），操作温度可以比中变大幅度降低。

耐硫变换催化剂可放在中变炉最后一段，也可另设一低变炉串在中变炉后。

在中变串低变流程中，由于耐硫变换催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。

一方面入炉半水煤气的汽