合成氨工厂生产氮肥。氮肥让庄稼长得好。庄稼需要氮元素。空气里有氮气。氮气不活泼。它很难变成化合物。氢气能和氮气反应。这个反应生成氨。氨是氮肥的原料。合成氨需要氢气。氢气从哪里来。常见方法是用水煤气。水煤气里有氢气。水煤气里也有一氧化碳。一氧化碳对合成氨催化剂有害。必须把一氧化碳去掉。变换工段就是做这个工作。变换工段把一氧化碳变成二氧化碳。同时得到更多氢气。这个工段很重要。它关系到氢气产量。它关系到原料消耗。它关系到工厂经济效益。

水煤气进入变换工段。水煤气温度很高。水煤气压力很大。水煤气先要冷却。冷却到合适的温度。温度对反应很重要。温度太高反应不好。温度太低反应太慢。冷却后气体进入变换炉。变换炉是一个大容器。里面装着催化剂。催化剂帮助反应进行。没有催化剂反应很慢。催化剂是固体颗粒。一氧化碳和水蒸气在催化剂上相遇。它们发生化学反应。一氧化碳加上水蒸气。反应生成二氧化碳和氢气。这个反应放出热量。反应后气体温度升高。

一氧化碳含量下降了。氢气含量增加了。反应后的气体很热。这些热量不能浪费。工厂用这些热量加热水。热水变成蒸汽。蒸汽可以驱动机器。蒸汽可以用于其他工段。热量回收节省能源。气体温度降低了。气体进入下一个变换炉。变换反应通常分两段。第一段反应温度高。高温反应速度快。但高温反应不完全。第二段反应温度低。低温反应更彻底。一氧化碳含量变得更低。两段反应保证效果。

催化剂是这个工段的关键。工厂使用铁铬催化剂。铁是主要活性物质。铬帮助铁保持稳定。催化剂怕毒物。硫化物是常见毒物。硫化物让催化剂失效。水煤气进来前要脱硫。脱硫保护催化剂。催化剂也怕灰尘。灰尘盖住催化剂表面。气体进来前要除尘。除尘保护催化剂。催化剂使用时间长了活性会下降。工厂定期更换催化剂。更换催化剂要停车。停车影响生产。工厂希望催化剂寿命长。研究人员改进催化剂配方。他们寻找更耐用的材料。他们寻找活性更高的物质。这是一个持续的工作。

温度控制很要紧。反应放出热量。热量会让温度上升。温度太高损害催化剂。温度太高反应平衡不利。工厂要移走多余热量。他们在变换炉里装换热管。冷水在管子里流动。冷水带走热量。他们调节气体流量。流量影响温度。他们调节水蒸气比例。水蒸气多能带走热量。操作工盯着仪表。仪表显示温度数字。温度高了他们调整。温度低了他们也调整。保持温度稳定生产才顺利。

压力也有影响。这个反应体积不变。压力对平衡影响不大。但压力高反应速度快。压力高设备可以变小。现代工厂采用高压操作。高压对设备要求高。设备材料要结实。密封要可靠。制造高压设备花钱多。工厂要算经济账。他们比较投资和收益。选择合适压力等级。

水蒸气比例需要计算。一氧化碳和水蒸气反应。水蒸气太少反应不完。水蒸气太多浪费能量。加热水蒸气消耗燃料。工厂寻找最佳比例。他们通过实验确定。他们通过计算优化。操作中保持这个比例。比例波动影响结果。自动控制系统帮助保持比例。传感器测量气体成分。控制器调节阀门开度。阀门控制水蒸气流量。这是一个闭环控制。

变换后的气体含有二氧化碳。二氧化碳必须除去。下一个工段是脱碳工段。脱碳工段吸收二氧化碳。脱碳方法有很多种。有的用溶液吸收。有的用固体吸附。脱碳后气体更纯净。纯净的氢气送去合成工段。氢气和氮气混合。它们在高压高温下反应。最后生成氨。氨被冷却成液体。液氨储存在罐子里。液氨可以制作氮肥。液氨也可以用于其他工业。

变换工段消耗能量。它主要消耗蒸汽。它也消耗电力。电力驱动泵和风机。节约能量就是节约成本。工厂改进工艺回收热量。他们用热水预热原料气。他们用废气加热锅炉给水。热交换网络很重要。设计好的网络能节省很多燃料。工程师研究热交换网络。他们排列换热器顺序。他们计算换热面积。他们追求能量利用最合理。

变换工段产生废水。冷凝水含有杂质。杂质可能有害。废水不能直接排放。工厂处理废水。他们中和酸性物质。他们除去有害物质。处理后的水可以回用。回用水节约水资源。保护环境是工厂的责任。政府有排放标准。工厂必须遵守标准。监测废水成分。确保达标排放。

安全是首要问题。变换工段有高温高压。气体易燃易爆。一氧化碳有毒。氢气容易泄漏。工厂采取安全措施。设备定期检查。管道定期测厚。阀门定期维护。现场有气体检测仪。检测仪报警提示泄漏。操作工佩戴防护用品。他们有安全培训。他们知道应急预案。万一发生事故知道怎么处理。安全阀防止超压。消防设施随时可用。安全文化深入每个人心中。

变换工段需要操作工。操作工负责日常运行。他们巡视设备。他们记录数据。他们调整操作条件。他们发现异常情况。他们报告问题。他们配合维修工检修。操作工经验很重要。老师傅能听出泵的异响。老师傅能看出仪表指针的细微变化。经验来自长期实践。工厂鼓励经验分享。新工人向老工人学习。知识传承保证生产稳定。

变换工段设备会损坏。腐蚀是一个问题。气体含有酸性成分。酸性物质腐蚀金属。设备材料要耐腐蚀。有的地方用不锈钢。有的地方用特种合金。腐蚀监测定期进行。测厚仪测量管道壁厚。壁薄了就要更换。防止破裂事故发生。磨损也是一个问题。颗粒物冲刷管道。弯头部位容易磨薄。工厂在这些地方加厚。或者使用耐磨材料。维修工定期检修。他们更换损坏部件。他们保证设备完好。

技术进步不断进行。以前的变换工段能耗高。现在的工段能耗降低。新型催化剂活性更好。新型催化剂寿命更长。新型换热器效率更高。控制技术越来越先进。计算机控制整个工段。计算机收集大量数据。计算机发现人眼看不出的问题。人工智能开始应用。人工智能预测催化剂寿命。人工智能优化温度设定。未来工厂更加智能。也许只需要很少的人。但人的作用仍然重要。人设计系统。人维护系统。人处理意外情况。

合成氨养活很多人。世界人口需要粮食。粮食需要氮肥。氮肥来自合成氨。变换工段是合成氨的一部分。它默默工作。它不出最终产品。但它不可或缺。少了它氢气不纯。少了它产量不足。它的运行关系到整个工厂。它的改进带来效益。它是一个典型的化工单元。它体现了化工原理。它展示了工程技术。它需要细心操作。它需要持续改进。它存在于世界各地。它在工厂里日夜运转。它为人类生产粮食做出贡献。这些就是关于合成氨变换工段的内容。