粗原料氣的制取-一氧化碳變換(合成氨生產(chǎn))

變換反應(yīng)熱力學(xué)CONTENTS熱效應(yīng)02.變換反應(yīng)的化學(xué)平衡03.一氧化碳變換01.一氧化碳變換0103020420世紀(jì)60年代以前，高溫變換采用鐵鉻催化劑70年代以后，對渣油、煤為原料的變換過程采用鈷鉬系耐硫變換催化劑80年代以來，開發(fā)成功各種節(jié)能合成氨工藝，例如以天然氣為原料的凱洛格低能耗流程、布朗流程和ICI-AM-V、流程都是降低一段轉(zhuǎn)化過程水／碳比的節(jié)能流程。60年代以后，隨著脫硫技術(shù)的進(jìn)展，氣體中總硫含量降到0．lcm3／m3以下，采用銅鋅催化劑。一氧化碳變換高溫變換使大部分CO轉(zhuǎn)化為CO2和H2低溫變換將CO降到0.3%左右一氧化碳變換一氧化碳變換一氧化碳變換：既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化過程。粗原料氣含CO12%~40%，通常分兩步將CO除去：一氧化碳變換CO變換即是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程:

是一個(gè)放熱的可逆反應(yīng)，反應(yīng)的熱效應(yīng)視H2O的狀態(tài)而定，如為液態(tài)水，則是微吸熱反應(yīng)，如是水蒸氣則為放熱反應(yīng)，通常都以水蒸氣為準(zhǔn)。(1-1)熱效應(yīng)變換反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱（0.1MPa，25℃）ΔH298＝（ΔH298,CO2θ＋ΔH298,H2θ）－（ΔH298,COθ＋ΔH298,H2Oθ）＝（0－94052）－（－26416－57798）＝－41.19kJ/mol熱效應(yīng)

放熱反應(yīng)放出的熱量隨溫度的升高而降低。不同溫度下的反應(yīng)熱可用下式計(jì)算：溫度/℃25200250300350400450500550H(kJ/mol)-41.19-40.07-39.67-39.25-38.78-38.32-37.86-37.30-36.82由上式計(jì)算得到不同溫度下的反應(yīng)熱如下表：(1-2)變換反應(yīng)的化學(xué)平衡一氧化碳與水蒸氣共存的體系，是含有C、H、O三個(gè)元素的體系。從熱力學(xué)角度，不但可能進(jìn)行式（1-1）的變換反應(yīng)，而且還可產(chǎn)生其它反應(yīng)，如：但是，由于所用催化劑對反應(yīng)式（1-1）具有良好的選擇性，可抑制其它反應(yīng)的發(fā)生。因此僅需考慮反應(yīng)式（1-1）的平衡。(1-3)變換反應(yīng)的化學(xué)平衡（1）變換反應(yīng)平衡常數(shù)變換反應(yīng)的化學(xué)平衡

計(jì)算表明：壓力小于5MPa時(shí)，可以不考慮壓力對平衡常數(shù)的影響，溫度200~500℃變換反應(yīng)的平衡常數(shù)見下表：變換反應(yīng)的化學(xué)平衡計(jì)算基準(zhǔn)：1kmol原料氣（干基）假設(shè)變換率為時(shí)，已變換的一氧化碳量為反應(yīng)前后的物料關(guān)系如下表所示：（2）平衡含量的計(jì)算變換反應(yīng)的化學(xué)平衡組分反應(yīng)前各組分物質(zhì)的量kmol反應(yīng)后各組分物質(zhì)的量kmol變換氣組成干基濕基COaa-ax(a-ax)/(1+ax)（a-ax)/(1+n)H2Onn-ax——(n-ax)/(1+n)CO2bb+ax(b+ax)/(1+ax)(b+ax)/(1+n)H2cc+ax(c+ax)/(1+ax)(c+ax)/(1+n)其它氣體ddd/(1+ax)d/(1+n)干基氣體11+ax————濕基氣體1+n1+n————變換反應(yīng)的化學(xué)平衡

以1mol濕原料氣為基準(zhǔn)，ya、yb、yc、yd分別為CO、H2O、CO2、H2的摩爾分率，x為CO的平衡轉(zhuǎn)化率（變換率），則各組分的平衡含量分別為ya-yax，yb-yax，yc+yax和yd+yax，則平衡常數(shù)表示為：變換反應(yīng)的化學(xué)平衡變換反應(yīng)進(jìn)行的程度用變換率（平衡轉(zhuǎn)化率）表示，即已經(jīng)轉(zhuǎn)換的一氧化碳量與變換前的總一氧化碳量之比：變換過程存在H2O，氣體組成表示有兩種方式；一種是包括H2O的濕基組成，一種是不包括H2O的干基組成。若分析得到變換前后CO的干基組成分別為y和y’

，1mol干基氣體變換后為(1＋y·x)mol的干基氣體，則x的計(jì)算式為：變換未變CO+H2O＝CO2+H2

初始：1mol（CO,CO2,H2），含ymolCO；變換后，CO變換了x·ymol，得到CO2和H2均為x·ymol。變換后氣體總量為:(1-xy)+xy+xy=1+xyCO衡算COCO2H2變換前變換后變換反應(yīng)的化學(xué)平衡一氧化碳變換是放熱反應(yīng)，對一定的原料氣初始組成，隨著溫度的降低，變換氣中CO的平衡含量減少。因此，低溫變換后殘余CO含量可以有較大的降低。水蒸氣加人量對平衡組成也有很大影響，若要求CO平衡含量越低，則需要H2O/CO比越大。所以，合理地選擇變換率對蒸汽消耗量有很大影響。工業(yè)生產(chǎn)中，H2O/CO比值均大于式(1-1)的化學(xué)計(jì)量比，從平衡角度，除考慮提高CO變換率外，還為了抑制式(1-2)的析炭反應(yīng)及的逆反應(yīng)——生成甲烷的反應(yīng)。變換催化劑CONTENTS高變催化劑01.低變催化劑02.耐硫變換催化劑03.高變催化劑成分分子式作用最佳含量鐵的氧化物主體：γ-Fe2O3

活性成分：Fe3O4活性組分80~90%三氧化二鉻Cr2O3穩(wěn)定劑防止鐵過度還原3.0%~15%氧化鉀K2O助催化劑有利于催化劑的活性、強(qiáng)度、耐熱性0.2%~0.4%（1）高變催化劑組成：鐵-鉻系高變催化劑高變催化劑（2）各組分的作用催化劑的主要組成，F(xiàn)e2O3為主體，四氧化三鐵是鐵鉻系催化劑的活性組分，還原前以氧化鐵的形態(tài)存在。鐵的氧化物最為重要，作用是將活性組分Fe2O3分散，使催化劑具有更細(xì)的微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，防止Fe3O4的結(jié)晶成長，使催化劑耐熱性能提高，延長使用壽命，提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，抑制析碳副反應(yīng)。Cr2O3鉀是有效的祝催化劑。鉀的含量不同催化劑的活性有很大的差異。例如，添加0.5%的鉀時(shí)，所得到的催化劑的活性最大。然而，當(dāng)鉀的含量超過3%時(shí)，催化劑的活性下降。氧化鉀高變催化劑高變催化劑（3）高變催化劑的主要特性高變催化劑在正常操作下不會發(fā)生甲烷化和析炭反應(yīng)‘。其壽命，除操作條件外，取決于他的活性和強(qiáng)度。（1）操作溫度關(guān)鍵的不是高變催化劑的初話性，而是在運(yùn)行過程中穩(wěn)定的話性，即性隨時(shí)間的下降速度越慢越好。溫度對話性的下降速度的影響很大。隨著使用時(shí)間的延長，活性逐漸衰退，可以提升操作溫度以彌補(bǔ)衰退的話性。但溫升裕度是有限的，一般只有30~50℃.必須慎重的分幾年內(nèi)逐步升溫，否則將縮短催化劑的使用壽命。活性高變催化劑（2）毒物原料氣中的某些雜質(zhì)會使高變值化劑的活性顯著下降。有些雜質(zhì)會使催化劑永久中毒例如磷、砷的化合物。然而，高變催化劑受這些化合物中毒的事放比較少見。最常見的毒物是H2S.H2S與催化劑的反應(yīng)如下:活性上式是可逆的，所以H2S不是永久性毒物高變催化劑重要指標(biāo)按含硫量，高變催化劑可分為兩類催化劑的強(qiáng)度是評價(jià)催化劑性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，對于高變催化劑來說甚至比活性更為關(guān)鍵。含硫量高的催化劑：耐毒性好，放硫時(shí)間較長，5~10天。含硫量低的催化劑：放硫時(shí)間48h以內(nèi)。適合于高變串低變流程和脫碳系統(tǒng)需回收無硫二氧化碳。強(qiáng)度催化劑含硫量高變催化劑重要指標(biāo)按含硫量，高變催化劑可分為兩類催化劑的強(qiáng)度是評價(jià)催化劑性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，對于高變催化劑來說甚至比活性更為關(guān)鍵。含硫量高的催化劑：耐毒性好，放硫時(shí)間較長，5~10天。含硫量低的催化劑：放硫時(shí)間48h以內(nèi)。適合于高變串低變流程和脫碳系統(tǒng)需回收無硫二氧化碳。強(qiáng)度催化劑含硫量低變催化劑銅鋅鋁系和銅鋅鉻系，均以氧化銅為主體，活性組分為銅微晶。低變催化劑（1）主要組分作用成分有效成分作用氧化銅CuO活性組分三氧化二鉻氧化鋅Cr2O3ZnO穩(wěn)定劑防止銅微晶燒結(jié)低變催化劑

銅對CO具有化學(xué)吸用作用，對CO具有化學(xué)吸附作用，對CO活性能力比Fe3O4強(qiáng)，故能在較低溫度下催化一氧化碳變換反應(yīng)。低變催化劑低變催化劑中的銅微晶通常在(50~150)x10-10m，銅微晶愈小，其比表面愈大，活性也愈高(如右圖)。單純的金屬銅微晶，由于表面能量高，在使用溫度下會迅速向表面能量低的大晶粒轉(zhuǎn)變，在操作溫度200℃左右，經(jīng)6個(gè)月操作，最小晶粒將超過1000*10-10m，微晶尺寸增大，比表面積銳減，活性降低。為了提高微品的熱穩(wěn)定性，需要加入適宜的添加物，氧化鋅、氧化鋁或氧化鉻對銅微晶都是有效的穩(wěn)定劑。低變催化劑由上表知ZnO、Cr2O3的熔點(diǎn)都顯著高于銅的熔點(diǎn)。銅離子和鋅離子的半徑相近，電荷相同，因而容易制得比較穩(wěn)定的銅鋅化合物的復(fù)晶或固溶體。催化劑還原后，氧化鋅晶粒均勻散布在銅微晶之間，將微晶有效地分隔開來，防止溫度升高時(shí)微晶燒結(jié)，保證細(xì)小的、具有較大比表面的銅微晶的穩(wěn)定性。低變催化劑

氧化鉻也有類似氧化鋅的作用。氧化鋁由于它本身可制成微小結(jié)晶，熔點(diǎn)高，有利于催化劑的成型和提高催化劑的物理強(qiáng)度，而且對人體無毒，是添加物的合適組分。在CuO－Zno－Al2O3系催化劑中，由于適當(dāng)提高鋼含量而使活性及壽命均獲得進(jìn)一步提高。低變催化劑（2）低變催化劑的還原

低變催化劑裝填后，必須進(jìn)行還原。由于還原反應(yīng)放熱量大，工業(yè)生產(chǎn)上因還原操作不慎而燒壞催化劑、縮短使用壽命的實(shí)例不少。因此，一定要嚴(yán)格控制還原溫度，精心做好配氫工作。低變催化劑用CO或H2還原時(shí)：低變催化劑

還原為強(qiáng)放熱反應(yīng)，必須嚴(yán)格控制還原條件，使催化劑床層溫度控制在230℃以下。當(dāng)溫度＞250℃時(shí)可發(fā)生反應(yīng)：即部分ZnO被還原成并與Cu生成Zn-Cu合金，從而導(dǎo)致催化劑活性降低。低變催化劑（3）低變催化劑的中毒毒物來源毒害作用中毒程度要求冷凝水原料氣損害物理性能；氨溶解在冷凝水中，會溶解銅暫時(shí)性低變溫度要高于氣體露點(diǎn)硫化物原料氣高變催化劑生成硫化亞銅永久性小于1cm3/m3氯化物工藝蒸汽或冷激用水氯化銅永久性小于0.03ml/m3

與高變催化劑比較，低變催化劑對毒物是十分敏感的。引起催化劑中毒或活性降低的主要物質(zhì)有冷凝水、硫化物和氯化物。耐硫變換催化劑

Fe-Cr系（高變）：活性溫度高，抗硫性差。壽命為3~5年Cu-Zn系（低變）：低溫活性好，但活性溫度范圍窄，對硫十分敏感，壽命短。但以上兩催化劑體系活性溫度范圍窄，而對硫又十分敏感。為了滿足重油、煤氣化制氨流程中可以將合硫氣體直接進(jìn)行一氧化碳變換，再脫硫、脫碳的需要，20世紀(jì)50年代末期開發(fā)了既耐硫、又活性溫度較寬的變換催化劑。因此開發(fā)了Co-Mo系和Ni-Mo系催化劑：活性組分為硫化物。耐硫變換催化劑耐硫變換催化劑耐硫變換催化劑Co-Mo系和Ni-Mo系催化劑：活性組分為硫化物。其特點(diǎn)：（1）低溫活性好，比Fe-Cr系低130℃，活性溫度范圍寬（180~500℃）又稱寬溫變換催化劑。（2）耐硫性和抗毒性強(qiáng)，耐總硫達(dá)幾十g/m3，其它有害成分對催化劑活性均無影響。（3）強(qiáng)度高，γ-Al2O3為載體，強(qiáng)度更好，遇水不粉化，硫化之后強(qiáng)度還可提高50%，壽命達(dá)5年~10年。耐硫變換催化劑（1）硫化

Co－Mo系耐硫變換催化劑出廠時(shí)成品是以氧化物狀態(tài)存在的，活性很低，需要通過硫化，使其轉(zhuǎn)化為硫化物方能顯示其活性。催化劑裝入變換爐后，用含硫的工藝氣體進(jìn)行硫化。耐硫變換催化劑（2）反硫化

由于催化劑的活性組分在使用時(shí)是以硫化物形式存在的，在CO變換過程中，氣體中有大量水蒸氣，催化劑中的活性組分MoS2與水蒸氣有一水解反應(yīng)平衡關(guān)系，化學(xué)反應(yīng)式為：一氧化碳變換工藝流程CONTENTS中（高）變-低變串聯(lián)流程01.多段變換流程02.全低變流程03.中（高）變-低變串聯(lián)流程首先應(yīng)依據(jù)原料氣中CO含量高低加以確定。

CO含量高則應(yīng)采用中（高）溫變換，因?yàn)橹校ǜ撸┳兇呋瘎┎僮鳒囟确秶^寬，而且價(jià)廉易得，壽命長，大多數(shù)合成氨原料氣中CO均高于10％，故都先通過中（高〕變除去大部分CO。根據(jù)系統(tǒng)反應(yīng)溫度的升高，為使催化劑在允許活性溫度范圍操作，對CO含量高于15％者，一般應(yīng)考慮將反應(yīng)器分為二段或三段。變換工藝流程的設(shè)計(jì)依據(jù)中（高）變-低變串聯(lián)流程其次，是根據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)的原料氣溫度及濕含量當(dāng)溫度及水蒸氣含量低，則應(yīng)考慮氣體的預(yù)熱和增濕，合理利用余熱。第三，是將CO變換與脫除殘余CO的方法結(jié)合考慮。

如脫除方法允許殘余CO含量較高，則僅采用中（高）變即可，否則，可將中變與低變串聯(lián)，以降低變換氣中CO含量。中（高）變-低變串聯(lián)流程

采用此流程時(shí)，一般與甲烷化方法配合。以天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制氨流程為例，由于原料氣中CO含量較低，中（高）變催化劑只需配置一段。中（高）變-低變串聯(lián)流程

CO中（高）變-低變串聯(lián)流程CO:13%-15%CO2吸收塔降溫3MPa，370℃CO<3%,425-440℃降溫，330℃220℃240℃，CO<0.3-0.5%中（高）變-低變串聯(lián)流程

如上圖，含13～15%CO的原料氣經(jīng)廢熱鍋爐降溫，在壓力3MPa、溫度370℃下進(jìn)入高變爐，因原料氣中水蒸氣含量較高，一般不需添加蒸汽。經(jīng)反應(yīng)后氣體中CO降到3％左右，溫度為425-440℃。氣體通過高變廢熱鍋爐，冷卻到330℃。鍋爐產(chǎn)生10MPa的飽和蒸汽，由于氣體溫度尚高，一般用來加熱其它工藝氣體而變換氣被冷卻到220℃后進(jìn)入低變爐，低變氣殘余CO降到0.3％～0.5％。多段變換流程

以煤氣化制得的合成氨原料氣，CO含量較高，需采用多段中溫變換，而且由于進(jìn)入系統(tǒng)的原料氣溫度與濕含量較低，流程中設(shè)有原料氣預(yù)熱及增濕裝置。下圖為小型氨廠多段變換流程，因采用銅氨液最終清除CO，該法允許變換氣CO含量較高，故不設(shè)低溫變換。多段變換流程多段變換流程

變換爐分為三段，一、二段間冷卻采用原料氣直接冷激降溫，二、三段間冷卻用蒸汽間接換熱，將飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽，這對缺乏過熱蒸汽的小型氨廠尤為合適，使用過熱蒸汽可顯著的減輕熱交換器的腐蝕。含30％CO左右的半水煤氣，加壓到0.7－1MPa，首先進(jìn)入飽和塔（填料塔或板式塔，上段為飽和塔下段為熱水塔），與130-140℃的熱水逆流接觸，氣體被加熱而又同時(shí)增濕。然后在混合器中與一定比例的300-350℃過熱蒸汽混合，25％-30％的氣體不經(jīng)熱交換器，作為冷激氣體。其它則經(jīng)熱交換器進(jìn)一步預(yù)熱到380℃進(jìn)入變換爐。多段變換流程

經(jīng)第一段催化反應(yīng)后溫度升到480-500℃，冷激后依次通過二、三段，氣體離開變換爐的溫度為400-410℃，CO變換率達(dá)90％，殘余CO含量為3％左右。變換氣經(jīng)熱交換器加熱原料氣，再經(jīng)第一水加熱器加熱熱水，然后進(jìn)入熱水塔進(jìn)一步冷卻、減濕，溫度降到100-110℃。為了進(jìn)一步回收余熱，氣體進(jìn)入第二水加熱器（即鍋爐給水預(yù)熱器），溫度降到70-80℃，最后經(jīng)冷凝塔冷卻到常溫返回壓縮機(jī)加壓。多段變換流程

系統(tǒng)中的熱水在飽和塔、熱水塔及第一水加熱器中循環(huán)。定期排污及加水，以保持循環(huán)熱水的質(zhì)量及水的平衡。流程中還設(shè)置燃燒爐，用于開工時(shí)催化劑的升溫還原。全低變流程

全低變工藝是指全部使用寬溫區(qū)的鈷鉬系耐硫變換催化劑，不再用高（中）變催化劑，這是變換工藝80多年發(fā)展過程的一次飛躍。因?yàn)殍F鉻變換催化劑受到活性溫度的限制，變換氣中CO含量不能太低，雖然銅鋅催化劑活性溫度低，但抗硫性能也低。全低變流程全低變流程現(xiàn)將全低變流程的優(yōu)點(diǎn)分述如下：

①催化劑的起始活性溫度低，變換爐入口溫度及床層內(nèi)熱點(diǎn)溫度大大低于中變爐入口及熱點(diǎn)溫度100-200℃。這樣，就降低了床層阻力，縮小了氣體體積約20%，從而提高了變換爐的生產(chǎn)能力。

②變換系統(tǒng)處于較低的溫度范圍內(nèi)操作，在滿足出口變換氣中CO含量的前提下，可降低入爐蒸汽量，使全低變流程蒸汽消耗降低。全低變流程目前全低變工藝流程有兩種：

一種是新設(shè)計(jì)的；

另一種是將原有中小型裝置加以改造的。后者如上圖所示。半水煤氣首先進(jìn)入系統(tǒng)的飽和熱水塔，在飽和塔內(nèi)氣體與塔頂流下的熱水逆流接觸進(jìn)行熱量與質(zhì)量的傳遞，使半水煤氣提溫增濕。。出塔氣體進(jìn)入氣水分離器分離夾帶的液滴，并補(bǔ)充從主熱交換器來的蒸汽，使汽氣比達(dá)到要求。反應(yīng)速率及動力學(xué)方程式CONTENTS動力學(xué)方程式類型01.擴(kuò)散過程的影響02.動力學(xué)方程式類型

根據(jù)不同原料、不同原料氣制造方法，合成氨生產(chǎn)中使用了中(高)變值化劑、低變值化劑和耐硫變換催化劑。由于催化劑型號眾多、性能的差異以及實(shí)驗(yàn)條件的不同，經(jīng)整理歸納后動力學(xué)方程式有數(shù)十個(gè)。有的研究表明，變換反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，水蒸氣分子首先被催化劑的活性表面所吸附，并分解為H2及吸附態(tài)氧原子，H2進(jìn)入氣相，吸附態(tài)氧則在催化劑表面形成吸附層，由于一氧化碳分子的碰撞而生成二氧化碳，并離開值化劑的表面。上述過程可用下式表示：動力學(xué)方程式類型

有人研究了在CuO.ZnO.Cr2O低變催化劑上的反應(yīng)機(jī)理，認(rèn)為上述機(jī)理也是合適的。在工藝計(jì)算中，較常用的動力學(xué)方程式有三種類型。(1)二級反應(yīng)動力學(xué)方程式類型(2)一級反應(yīng)動力學(xué)方程式類型動力學(xué)方程式類型

大多數(shù)變換反應(yīng)動力學(xué)方程都為冪函數(shù)型動力學(xué)方程形式，使用比較方便，可用于工程計(jì)算。有專家系統(tǒng)研究了高變換催化反應(yīng)動力學(xué)，提出用下式完整地表達(dá)變換反應(yīng)的速率；(3)冪函數(shù)型動力學(xué)方程動力學(xué)方程式類型動力學(xué)方程式類型國產(chǎn)變換催化劑的變換反應(yīng)本征動力學(xué)方程列舉二式如下：

①國產(chǎn)B系列的中（高）變催化劑的本征動力學(xué)方程動力學(xué)方程式類型②B204、B205型低變催化劑的本征動力學(xué)方程動力學(xué)方程式類型③產(chǎn)K8-11型耐硫變換催化劑的本征動力學(xué)方程

以上獲得的本征動力學(xué)方程都是用細(xì)顆粒的催化劑，在消除了內(nèi)、外擴(kuò)散影響的條件下進(jìn)行的。擴(kuò)散過程的影響

由圖可知,對同一尺寸的催化劑,在相同壓力下,由于溫度的升高,CO擴(kuò)散速度有所增加,但在催化劑內(nèi)表面反應(yīng)的速率常數(shù)增加更為迅速,總的結(jié)果是溫度升高,內(nèi)表面利用率降低。在相同的溫度及壓力下,小顆粒的催化劑具有較高的內(nèi)表面利用率,這是因?yàn)榇呋瘎┏叽缭叫?毛細(xì)孔的長度越短,內(nèi)擴(kuò)散阻力越小,故內(nèi)表面利用率較高。對于同一尺寸的中變催化劑,在相同溫度下,隨著壓力的提高,反應(yīng)速率增大,而CO有效擴(kuò)散系數(shù)又顯著變小,故內(nèi)表面利用率隨壓力的增加而迅速下降。一氧化碳變換工藝條件CONTENTS壓力01.溫度02.汽氣比03.一氧化碳變換工藝條件

綜合對反應(yīng)熱力學(xué)、動力學(xué)及催化劑的討論并考慮工藝的其它特點(diǎn)，變換過程工藝條件主要如下：工藝條件壓強(qiáng)汽氣比溫度

變換反應(yīng)為等摩爾反應(yīng)，壓力對平衡無明顯影響，但對反應(yīng)器體積利用率有影響，一般隨前段工藝條件而定，一般3.0MPa。提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。單就平衡而言，加壓并無好處。但從動力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。如設(shè)常壓下反應(yīng)速率為r，加壓下為rp可用校正系數(shù)φ=rp/r來表示壓力對反應(yīng)速率的影響。

通過一級反應(yīng)的動力學(xué)方程式，根據(jù)不同溫度、壓力并考慮內(nèi)擴(kuò)散的影響得到下圖：在一定溫度下，對同一尺寸的催化劑，隨著壓力的升高，校正系數(shù)φ值增大，即反應(yīng)速率提高。當(dāng)壓力小于2MPa時(shí)，催化劑校正系數(shù)增加比較明顯，在更高壓力下，由于內(nèi)擴(kuò)散的影響，校正系數(shù)增加比較緩慢。

如果在相同的溫度和壓力下，則小顆粒的催化劑具有較大的φ值。而在一定的壓力下，對同一尺寸的催化劑，溫度越高，則φ值越低。上述情況均與內(nèi)擴(kuò)散的影響有關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)中，以煤為原料的合成氨廠，常壓下中變值化劑的干氣空速僅為300-500h-1，壓力為1~2MPa時(shí)可達(dá)800~1500h-1。以烴類為原料的大型合成氨廠，由于原料氣中CO含量較低，壓力3MPa時(shí)空速可達(dá)2500~2800h-1。壓力對低變催化劑的反應(yīng)速率也有相似影響。目錄標(biāo)題添加此處

從能量消耗上看，加壓是有利的。由于干原料氣的摩爾數(shù)小于干變換氣的摩爾數(shù)，所以，先壓縮原料氣后再進(jìn)行變換的能耗，比常壓變換再壓縮變換氣的能耗低。根據(jù)原料氣中CO含量的差異，其能耗約可降低15％-30％。

溫度是CO變換最重要的工藝條件。由于CO變換為放熱反應(yīng)，隨著CO變換反應(yīng)的進(jìn)行，溫度不斷升高，從前面動力學(xué)方程式可以看出，式中包含著速率常數(shù)k和平衡常數(shù)Kp。