【正文】 的要求。工藝流程確定目前的變化工藝有：中溫變換，中串低，全低及中低低4種工藝。本設計參考四川省自貢市鴻鶴化工廠的生產工藝，選用中串低工藝。轉化氣從轉化爐進入廢熱鍋爐，在廢熱鍋爐中變換氣從920℃降到330℃，在廢熱鍋爐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換氣中一氧化碳含量降到3%以下。再通過換熱器將轉換氣的溫度降到180℃左右，%以下，再進入甲烷化工段。 主要設備的選擇說明 中低變串聯(lián)流程中，主要設備有中變爐、低變爐、廢熱鍋爐、換熱器等。低變爐選用C6型催化劑。以上設備的選擇主要是依據所給定的合成氨系統(tǒng)的生產能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換氣中所要求的CO濃度。對本設計評述天然氣變換工段工序是合成氨生產中的第一步，也是較為關鍵的一步，因為能否正常生產出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運轉的前提條件。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉化氣的組成，滿足的工藝生產的要求。在本設計中，根據已知的天然氣組成，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，在計算的基礎上，根據計算結果對主要設備選型，最終完成了本設計的宗旨。設計中一共有中溫廢熱鍋爐，中變爐，主換熱器，調溫水換熱器，低變爐幾個主要設備。 由于天然氣變換工段工序是成熟工藝，參考文獻資料較多，在本設計中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》和《合成氨工藝學》這兩本書。由于時間有限，設計可能不完善，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．確定轉化氣組成：已知條件中變爐進口氣體組成：組分CO2COH2N2CH4O2合計%100計算基準：1噸氨計算生產1噸氨需要的變化氣量：（1000/17）（2）= M3(標)因為在生產過程中物量可能回有消耗， M3(標)年產5萬噸合成氨生產能力：日生產量：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CO2COH2N2O2CH4合計含量，％100M3(標)474假設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=.2．水汽比的確定：考慮到是天然氣蒸汽轉化來的原料氣，所以取H2O/CO=故V（水）=(標) n(水)=因此進中變爐的變換氣濕組分:組 分CO2COH2N2O2CH4H2O合計含量％100M3(標)474koml中變爐CO的實際變換率的求取：假定濕轉化氣為100mol，％，要求變換氣中CO含量為2％，故根據變換反應：CO+H2O＝H2+CO2，則CO的實際變換率為：％=100=74％式中Ya、分別為原料及變換氣中CO的摩爾分率（濕基）則反應掉的CO的量為：74％=則反應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：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％）=12查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》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CO2COH2N2O2CH4H2O合計含量，％100M3(標)474koml假使O2與H2 完全反應，O2 完全反應掉故在一段催化床層反應掉的CO的量為：60％=(標)=出一段催化床層的CO的量為：= M3(標)=故在一段催化床層反應后剩余的H2的量為:+= M3(標)=故在一段催化床層反應后剩余的CO2的量為：474+= M3(標)=出中變爐一段催化床層的變換氣干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100M3(標)koml剩余的H2O的量為：+2=(標)=所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)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CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100M3(標)koml對出變爐一段催化床層的變換氣溫度進行估算：根據：K=(H2％CO2％)/（H2O％CO％)計算得K=查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》知當K==445℃設平均溫距為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℃反應放熱Q：在變化氣中含有CO，H2O，O2，H2 這4種物質會發(fā)生以下2種反應：CO +H2O=CO2+H2 （11）O2 + 2H2= 2 H2O （12）這2個反應都是放熱反應。為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準焓（或稱生成焓）計算。以P=1atm，t=25℃為基準的氣體的統(tǒng)一基準焓計算式為：HT=△H0298=Cpdt 式中 HT ——氣體在在TK的統(tǒng)一基準焓，kcal/kmol()；△H0298 ——該氣體在25℃下的標準生成熱，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系有以下經驗式：Cp=A0+A1T+A2T2+A3T3+…… 式中A0、AAA3……氣體的特性常數將式代入式積分可得統(tǒng)一基準焓的計算通式：Ht=a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4 式中常數a0、aaaa4與氣體特性常數及標準生成熱的關系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4a0=△H0298－－a2－a3－a4采用氣體的統(tǒng)一基準焓進行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應如何進行，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?！鱄=（∑niHi）始－（∑niHi）末 式中△H ——過程熱效應，其值為正數時為放熱，為負數時系統(tǒng)為吸熱，kcal；（）。ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數，kmol；Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下；I — 氣體的統(tǒng)一基準焓，kcal/kmol，（）現將有關氣體的計算常數列于下表中 氣體統(tǒng)一基準焓（通式）常數表分子式 a0 a1