制氫轉化爐的制氫原理
⑴輕烴蒸汽轉化反應
①轉化反應式
轉化反應是指水蒸汽和烴類進入轉化爐爐管通過高溫的催化劑作用，進行轉化反應，生成H2、C0和CO2。反應式：
CnH2n＋2＋nH2O＝nCO＋（2n＋1）H2 -Q
CnH2n＋2＋2nH2O＝nCO2＋（3n＋1）H2 -Q
②主要參數對轉化反應的影響:
A 反應壓力
轉化反應是體積膨脹的反應，提高壓力對平衡不利，壓力增加，轉化率會降低。但在工業(yè)實踐中，轉化增壓有以下好處：
1)轉化增壓可節(jié)省動力，對制氫來說，轉化增壓可節(jié)省加氫壓縮機的動力消耗。
2)轉化增壓可以提高設備能力，操作的空間速度可以大一些，催化劑的利用率可以提高，設備制造材料較省。
3)轉化增壓可以提高過剩蒸汽的熱效率。轉化反應需要過量的蒸汽，高壓蒸
汽溫度高，在變換后可回收的熱能，從而降低了生產成本。但是，對于定型裝置來說，壓力卻不可以任意提高，只是隨著阻力降的增大，前部壓力被迫逐步提高到設計值。
B 反應溫度
因為轉化反應是吸熱反應，因此提高溫度不僅可以加快反應速度，而且有利于反應平衡，即可以多生成CO和H2，降低轉化尾氣中殘余CH4的含量。但是，提高溫度受到轉化爐管的材料的限制。對本裝置Cr25Ni35Nb離心澆鑄爐管，設計管外壁溫度不允許超過 910℃，因此只能在設計允許的出口氣體溫度 820℃左右的一定范圍內加以調節(jié)。相反，為了延長價格昂貴的轉化管的壽命，還應在滿足工業(yè)氫質量的前提下，盡量采用較低的出口溫度。
C 空間速度
空間速度一般是進料的碳空速。碳空速是用碳流量除以催化劑的體積來表示的?？账賹γ總€轉化爐來說都有一定的范圍，空速太大時，由于原料在催化劑床層中停留的時間太短，轉化不完全，甚至會發(fā)生重烴穿透床層、引起催化劑結碳；但碳空速太小時有可能有些烴類進料在各爐管中分配不均勻，會出現爐管溫度不同的現象。
D 水碳比
水碳比是轉化操作的一個重要參數，它是指進入轉化爐的水蒸汽的流量和碳流量的比值。因為水蒸汽是轉化反應的反應物之一，增大水碳比即增大水蒸汽的流量，也就增加了一種反應物的濃度，平衡向右移動，有利于降低CH4，增加CO和H2的濃度。
水碳比的調節(jié)幅度較大，對于制氫純度較高的氫氣轉化爐來說，多采用3.5～5.0的水碳比。水碳比過小時結碳傾向增大，但H2O/C 過大亦不經濟，會增加燃料消耗。甚至會引起轉化催化劑的鈍化。
轉化溫度、壓力、H2O/C對尾氣組成的影響可簡單表示如下：
T↑：CH4↓、CO↑、 CO2↓、 H2↑
P↓：CH4↓、CO↑、 CO2↓、 H2↑
H20/C↑：CH4↓、CO↓、CO2↑、 H2↑
⑵CO蒸汽變換反應
①變換反應的基本原理
變換是CO和水蒸汽作用生成H2和CO2的過程。
a)變換反應式:
C0 ＋ H2O = CO2＋H2 ＋410MJ/ g-mol /25℃
b)變換率的求法:
生產上對于變換反應進行的程度常用變換率來表示： ＶCO－ＶCO'
變換率(Ｘ)＝──────
ＶC0＊（100＋ＶCO'）
式中：
ＶCO--------入口干氣中CO的體積百分數;
ＶCO--------'出口干氣中CO的體積百分數。
②主要參數對變換反應影響
a) 壓力
變換反應是一個等分子反應，壓力對反應平衡無影響，但加壓可增加反應速度，反應速度約與壓力的平方根成正比，所以加壓變換可采用較大的空速，即可以省催化劑，設備較緊湊。本裝置設計中變入口壓力為 2.73MPa，床層總壓降0.05MPa。
b) 溫度
變換反應是放熱反應，溫度越低越有利于變換反應的進行。但降低溫度必須與反應速度和催化劑的性能統(tǒng)一考慮，工業(yè)生產中，所有的催化劑都有一定的活性溫度，低于它反應就不能進行或進行緩慢，而高于此溫度會損壞催化劑。由于變換反應開始時，CO濃度較高，為加快反應速度，采用在較高溫度下進行反應。本裝置設計中變入口350，出口413℃
如果變換反應已接近平衡，提高溫度會使CO變換率降低，降低溫度，CO變換率增加；如果反應尚未接近平衡，提高溫度CO變換率增加，降低溫度CO變換率降低。
c) 水氣比（水蒸汽/CO）
增加水氣比，即增加水蒸汽流量，可使反應向生成H2和CO2的方向進行；但如果變換反應已接近平衡，增加蒸汽量CO變換率也增加，減少蒸汽量CO變換率降低；如果變換反應未接近平衡，增加蒸汽量CO變換率降低，減少蒸汽量CO變換率增加。但變換反應所需要的水蒸汽是轉化前加入的，由于制氫采用H2 O/C較大，故變換水氣比很高，足夠變換反應的需要。
