【正文】 出口加入水蒸汽使汽氣比達到 3 到 5 之間，以后再進入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 3%以下。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到 180℃左右，進入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 %以下，再進入甲烷化工段。 主要設(shè)備的選擇說明 中低變串聯(lián)流程中，主要設(shè)備有中變爐、低變爐、廢熱鍋爐、換熱器等。低變爐選用 C6 型催化劑，計算得低變催化劑實際用量 。以上設(shè)備的選擇主要是依據(jù)所給定的合成氨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換 氣中所要求的 CO 濃度。 對本設(shè)計評述 天然氣變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關(guān)鍵的一步，因為能否正常生產(chǎn)出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運轉(zhuǎn)的前提條件。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。 在本設(shè)計中，根據(jù)已知的天然氣組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝流程路線。首先對中，低變進行了物料和熱量衡算，在計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計的宗旨。設(shè)計中一共有中溫廢熱鍋爐，中變爐，主換熱器，調(diào)溫水換熱器，低變爐幾個主要設(shè)備。 由于天 然氣變換工段工序是成熟工藝，參考文獻資料較多，在本設(shè)計中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》和《合成氨工藝學(xué)》這兩本書。由于時間有限，設(shè)計可能不完善，請各位老師指出。謝謝！ 第 一章 變換工段物料及熱量衡算 第一 節(jié) 中溫變換 物料 衡算及熱量衡算 1．確定轉(zhuǎn)化氣組成： 已知條件 中變爐進口氣體組成 ： 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計 % 100 計算 基準(zhǔn)： 1 噸氨 計算生產(chǎn) 1 噸氨需要的 變化氣量：（ 1000/17） （ 2 ） = M3(標(biāo) ) 因為在生產(chǎn)過程中物量可能回有消耗，因此變化氣量取 M3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 5 萬噸合成氨生產(chǎn)能力： 日生產(chǎn)量： 50000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％ 進中變爐的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) 474 6 2750.68 1113.9 3 493 假設(shè)入中變爐氣體溫度為 335 攝氏度，取出爐與入爐的溫差為 30 攝氏度，則出爐溫度為 365 攝氏度。 進中變爐干氣壓力 中P =. 2．水汽比的確定 ： 考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取 H2O/CO= 故 V（水） =(標(biāo) ) n(水 )= 因此進中變爐的變換氣濕組分 : 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 中變爐 CO的實際變換率的求?。? 假定濕轉(zhuǎn)化氣為 100mol，其中 CO基含量為 ％，要求變換氣中 CO含量為 2％，故根據(jù)變換反應(yīng)： CO+H2O＝ H2+CO2， 則 CO的實際變換率為： X ％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=74％ 式中 Ya、 39。aY 分別為原料及變換氣中 CO的摩爾分率（濕基） 則反應(yīng)掉的 CO的量為： 74％ = 則反應(yīng)后的各組分的量分別為： H2O％ =％ ％ +％ =23％ CO％ =％ ％ =％ H2％ =％ +％ ％ =％ CO2％ =％ +％ =％ 中變爐出口的平衡常數(shù)： K= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） =12 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》可知 K=12 時溫度為 397℃。 中變的平均溫距為 397℃ 365℃ =32℃ 中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 假設(shè) CO 在一段催化床層的 實際變換率為 60％。 因為進中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量，％ 100 M3(標(biāo) ) 474 koml 假使 O2與 H2 完全反應(yīng)， O2 完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的 CO的量為： 60％ =(標(biāo) )= 出 一段催化床層的 CO的量為： = M3(標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后 剩余的 H2的量為 : + = M3(標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后 剩余的 CO2的量為： 474+= M3(標(biāo) )= 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 剩余的 H2O的量為： +2 =(標(biāo) )= 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進行計算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的 含量（％）： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標(biāo) ) koml 對出 變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算： 根據(jù)： K=(H2％ CO2％ )/（ H2O％ CO％ )計算得 K= 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》知當(dāng) K= 時 t=445℃ 設(shè) 平均溫距為 30℃，則出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 445℃ 30℃ =415℃ 4． 中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進中變爐溫度： 335℃ 出 變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 415℃ 反應(yīng)放熱 Q：在變化氣中含有 CO， H2O， O2， H2 這 4 種物質(zhì)會發(fā)生以下 2種反應(yīng)： CO +H2O=CO2+H2 （ 11） O2 + 2H2= 2 H2O （ 12） 這 2 個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。 為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計算。以 P=1atm， t=25℃為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計算式為： HT=△ H0298=Cpdt 式中 HT —— 氣體在 ?T298在 TK 的 統(tǒng) 一 基 準(zhǔn) 焓 ，kcal/kmol()； △ H0298 —— 該 氣 體 在 25℃ 下 的 標(biāo) 準(zhǔn) 生 成 熱 ，kcal/kmol()； T—— 絕對溫度， K； Cp —— 氣體的等壓比熱容， kcal/（ kmol.℃ ） [（ kmol.℃ ） ] 氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗式： Cp=A0+A1T+A 2T 2+A3T 3+?? 式中 A0、 A A A3?? 氣體的特性常數(shù) 將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計算通式： Ht=a0+a1T+a 2T 2+a3T 3+a4 T4 式中常數(shù) a0、 a a a a4與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4 a0=△H 0298－ － a2－ a3－ a4 采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進行，步驟有多少，只要計算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出 該過程的總熱效果。 △ H=（ ∑ ni Hi） 始 － （∑ ni Hi） 末 式中 △ H —— 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時為放熱，為負(fù)數(shù)時系統(tǒng)為吸熱，kcal；（ ） 。 ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)， kmol； Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下； I — 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓， kcal/kmol，（ ） 現(xiàn)將有關(guān)氣體的計算常數(shù)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表 分子式 a0 a1 a2 a3 a4 O2 10 3 10 – 3 10 – 7 10 – 10 H2 10 3 10－ 4 10－ 7 10－ 11 H2O 104 10－ 3 10－ 7 10－ 11 N2 103 10－ 4 10－ 7 10－ 11 CO 104 10－ 4 10－ 9 10－ 11 CO2 10－ 3 10－ 6 計算 O2的基準(zhǔn)焓： 根據(jù)基準(zhǔn)焓的計算通式： Ht=a0+a1T+a 2T 2+a3T 3+a4 T4 在 415℃時 T=415+273=683K 查表可得變換氣的各個組分的基準(zhǔn)焓列于下表：