制氢转化炉的制氢原理
⑴轻烃蒸汽转化反应
①转化反应式
转化反应是指水蒸汽和烃类进入转化炉炉管通过高温的催化剂作用，进行转化反应，生成H2、C0和CO2。反应式：
CnH2n＋2＋nH2O＝nCO＋（2n＋1）H2 -Q
CnH2n＋2＋2nH2O＝nCO2＋（3n＋1）H2 -Q
②主要参数对转化反应的影响:
A 反应压力
转化反应是体积膨胀的反应，提高压力对平衡不利，压力增加，转化率会降低。但在工业实践中，转化增压有以下好处：
1)转化增压可节省动力，对制氢来说，转化增压可节省加氢压缩机的动力消耗。
2)转化增压可以提高设备能力，操作的空间速度可以大一些，催化剂的利用率可以提高，设备制造材料较省。
3)转化增压可以提高过剩蒸汽的热效率。转化反应需要过量的蒸汽，高压蒸
汽温度高，在变换后可回收的热能，从而降低了生产成本。但是，对于定型装置来说，压力却不可以任意提高，只是随着阻力降的增大，前部压力被迫逐步提高到设计值。
B 反应温度
因为转化反应是吸热反应，因此提高温度不仅可以加快反应速度，而且有利于反应平衡，即可以多生成CO和H2，降低转化尾气中残余CH4的含量。但是，提高温度受到转化炉管的材料的限制。对本装置Cr25Ni35Nb离心浇铸炉管，设计管外壁温度不允许超过 910℃，因此只能在设计允许的出口气体温度 820℃左右的一定范围内加以调节。相反，为了延长价格昂贵的转化管的寿命，还应在满足工业氢质量的前提下，尽量采用较低的出口温度。
C 空间速度
空间速度一般是进料的碳空速。碳空速是用碳流量除以催化剂的体积来表示的。空速对每个转化炉来说都有一定的范围，空速太大时，由于原料在催化剂床层中停留的时间太短，转化不完全，甚至会发生重烃穿透床层、引起催化剂结碳；但碳空速太小时有可能有些烃类进料在各炉管中分配不均匀，会出现炉管温度不同的现象。
D 水碳比
水碳比是转化操作的一个重要参数，它是指进入转化炉的水蒸汽的流量和碳流量的比值。因为水蒸汽是转化反应的反应物之一，增大水碳比即增大水蒸汽的流量，也就增加了一种反应物的浓度，平衡向右移动，有利于降低CH4，增加CO和H2的浓度。
水碳比的调节幅度较大，对于制氢纯度较高的氢气转化炉来说，多采用3.5～5.0的水碳比。水碳比过小时结碳倾向增大，但H2O/C 过大亦不经济，会增加燃料消耗。甚至会引起转化催化剂的钝化。
转化温度、压力、H2O/C对尾气组成的影响可简单表示如下：
T↑：CH4↓、CO↑、 CO2↓、 H2↑
P↓：CH4↓、CO↑、 CO2↓、 H2↑
H20/C↑：CH4↓、CO↓、CO2↑、 H2↑
⑵CO蒸汽变换反应
①变换反应的基本原理
变换是CO和水蒸汽作用生成H2和CO2的过程。
a)变换反应式:
C0 ＋ H2O = CO2＋H2 ＋410MJ/ g-mol /25℃
b)变换率的求法:
生产上对于变换反应进行的程度常用变换率来表示： ＶCO－ＶCO'
变换率(Ｘ)＝──────
ＶC0＊（100＋ＶCO'）
式中：
ＶCO--------入口干气中CO的体积百分数;
ＶCO--------'出口干气中CO的体积百分数。
②主要参数对变换反应影响
a) 压力
变换反应是一个等分子反应，压力对反应平衡无影响，但加压可增加反应速度，反应速度约与压力的平方根成正比，所以加压变换可采用较大的空速，即可以省催化剂，设备较紧凑。本装置设计中变入口压力为 2.73MPa，床层总压降0.05MPa。
b) 温度
变换反应是放热反应，温度越低越有利于变换反应的进行。但降低温度必须与反应速度和催化剂的性能统一考虑，工业生产中，所有的催化剂都有一定的活性温度，低于它反应就不能进行或进行缓慢，而高于此温度会损坏催化剂。由于变换反应开始时，CO浓度较高，为加快反应速度，采用在较高温度下进行反应。本装置设计中变入口350，出口413℃
如果变换反应已接近平衡，提高温度会使CO变换率降低，降低温度，CO变换率增加；如果反应尚未接近平衡，提高温度CO变换率增加，降低温度CO变换率降低。
c) 水气比（水蒸汽/CO）
增加水气比，即增加水蒸汽流量，可使反应向生成H2和CO2的方向进行；但如果变换反应已接近平衡，增加蒸汽量CO变换率也增加，减少蒸汽量CO变换率降低；如果变换反应未接近平衡，增加蒸汽量CO变换率降低，减少蒸汽量CO变换率增加。但变换反应所需要的水蒸汽是转化前加入的，由于制氢采用H2 O/C较大，故变换水气比很高，足够变换反应的需要。
