Trong khí than ẩm chứa khoảng 25 - 34% CO, nó sẽ làm xúc tác tổng hợp bị nhiễm độc, mất khẻ năng làm việc. Vì vậy khí nguyên liệu trước khi đưa sang tổng hợp NH3 cần phải khử bỏ triệt để thành phần CO. Trong sản xuất thường chia ra làm hai bước. Trước hết người ta biến đổi CO bằng hơi nước thành H2 và CO2 để khử bỏ đại bộ phận khí CO. Khí thu được sau biến đổi gọi là khí biến đổi. Qua phản ứng biến đổi chuyển CO thành CO2 là khí dễ dàng khử bỏ và còn được một lượng khí H2 cùng thể tích. Bước tiếp theo dùng dung dịch đồng để khử bỏ nốt lượng nhỏ CO còn lại trong khí nguyên liệu.
1. Nguyên lý quá trình chuyển hoá CO:
Phản ứng biến đổi CO có thể biểu diễn như sau: CO + H2O(h) = H2 + O2 +Q
Phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt, thể tích không đổi. Nếu phản ứng chỉ xảy ra trong pha khí đơn thuần thì tốc độ phản ứng diễn ra vô cùng chậm vì năng lượng hoạt hoá của phản ứng rất lớn. Vì vậy phản ứng biến đổi CO cần phải có mặt xúc tác để tăng nhanh tốc độ phản ứng. Khi có mặt xúc tác thì phản ứng sẽ tiến hành theo hai bước sau:
[K] + H2O(h) = [K]O+ H2
[K] O + CO = CO2
[K]: Chất xúc tác
[K]O: Hợp chất trung gian
Công ty sử dụng Fe2O3 làm xúc tác cho quá trình chuyển hoá CO.
2. Lưu trình công nghệ:
Khí than ẩm được loại bỏ H2S đến một mưc độ nhất định được máy nén tăng áp đến 20 at được qua thiết bịphân ly dầu, nước và đi vào bên ngoài trao đổi nhiệt trung gian một. Bên trong ống chùm người ta cho khí chuyển hoá có
nhiệt độ 350 ÷ 3600C gián tiếp trao đổi nhiệt cho khí than ẩm vào. Nhiệt độ khí than ra trao đổi nhiệt một có nhiệt độ 2500C, hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ 4500C qua giảm áp xuống còn 25at và được bổ xung nước ngưng biến thành hơi nước bão hoà có nhiệt độ 380 - 4000C được bổ xung vào khí than ẩm ra trao đổi nhiệt một theo tỷ lệ H2O/khí than ẩm = 0,8 ÷ 1. Sau đó qua trao đổi nhiệt hai đi bên ngoài ống chùm. Khí trong ống chùm là khí đã qua chuyển hoá có nhiệt độ 450 - 4600C gia nhiệt cho khí than ẩm đến nhiệt độ 360 - 3800C và qua van cửa vào lò chuyển hoá đến ống phân phối khí trên bề mặt xúc tác đoạn 1. Khí than ẩm có nhiệt độ 360 - 3800C sẽ phản ứng với hơi nước mãnh liệt nên nhiệt độ đoạn này tăng nhanh. Để dễ khống chế người ta chia đoạn 1 ra làm hai tầng. Đoạn trống giữa hai tầng người ta bổ xung hơi nước, khí than ẩm để kích lạnh và điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác. Qua 2 tầng của đoạn 1 hiệu xuất chuyển hoá sẽ đạt > 80%. Khí chuyển hoá qua trao đổi nhiệt hai giảm nhiệt độ xuống còn 380 ÷ 4200C và được qua làm lạnh nhanh một. ở đây người ta cho nước ngưng vào để tăng cường tỷ lệ hơi nước đồng thời giảm nhiệt độ của khí xuống nhằm mục đích nâng cao hiệu xuất chuyển hoá. Khí chuyển hoá có nồng độ CO khoảng 6 ÷ 8% đi vào đoạn 2 xúc tác. ở đây vì lượng xúc tác lớn, thời gian tiếp xúc giữa khí với xúc tác dài, nhiệt độ thấp nên có lợi cho hiệu xuất chuyển hoá. Khí chuyển hoá ra lò có nhiệt độ 360 ÷ 3800C, nồng độ CO từ 3 ÷
3,5 % được qua trao đổi nhiệt trung gian một đi trong ống gia nhiệt cho khí than ẩm. Nhiệt độ khí giảm xuống còn 320 ÷ 3400C được qua van vào làm lạnh nhanh hai. ở đây người ta cho phun nước ngưng có nhiệt 1000C xuống nước sẽ bốc hơi hạ nhiệt độ khí chuyển hoá xuống còn 180 ÷ 2000C để đi các thiết bị trao đổi nhiệt khác tận dụng nhiệt dư của khí chuyển hoá. Sau khi gia nhiệt xong nhiêt độ khí chuyển hoá giảm xuống còn 1350C ÷ 1450C và một phần nước ngưng được phân ly thải bỏ. Khí chuyển hoá được tiếp tục làm lạnh, phân ly để được khí chuyển hoá khô có nhiệt độ 400C đi tiếp các công đoạn khác trong dây chuyền tinh chế khí.
3. Thiết bị chính:
+ Lò chuyển hoá CO thành CO2: H = 18.730 mm; Φ = 2.600 mm
Cấu tạo: Vỏ lò được làm hình trụ tròn bằng thép tấm chịu nhiệt, bên trong ngăn lò bằng 2 đoạn. Đoạn 1 chia làm hai tầng xúc tác, miệng lò phía trên có lắp ống phân phối khí để khí có thể phân phối đều trên mặt xúc tác. Đoạn dưới lắp 1 tầng xúc tác. Xúc tác được lắp trên hệ giá đỡ có ghi. Trên ghi được rải một lượt lưới thép không gỉ và bi cầu chịu lửa, bên trên lắp xúc tác. Trong các tầng xúc tác đều lắp các nhiệt điện ngẫu để đo nhiệt độ các tầng xúc tác. Phía trên xúc tác có lưới thép chặn và bi cầu chịu nhiệt. Trên thân lò ở mỗi tầng có cửa người nạp xúc tác và cửa thải. Bên ngoài thân lò chuyển hoá được bảo ôn bằng xi măng chịu nhiệt hoặc bằng thuỷ tinh chịu nhiệt.
4. các chỉ tiêu công nghệ:
- áp suất khí than vào hệ thống: < 21 kg/cm2 - áp suất hơi nước vào hệ thống: > 21 kg/cm2
- Nhiệt độ xúc tác tầng I: 475 ± 50C
- Nhiệt độ xúc tác tầngII: 405 ± 50C
- Nhiệt độ khí than vào TĐN 213: ≤ 400C
- Nhiệt độ nước ngưng vào 215: 1000C
- Nhiệt độ khí chuyển hoá ra 217: 200 ± 100C - Nhiệt độ hơi nước sau tăng ẩm : 250 ÷ 3000C
- Hàm lượng O2 trong khí than: ≤ 0,5%
- Hàm lượng CO ra lò chuyển hoá: ≤ 2,5%