【正文】 年產(chǎn)五萬(wàn)噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計(jì) .txt32 因?yàn)閻?ài)心，流浪的人們才能重返家園；因?yàn)閻?ài)心，疲憊的靈魂才能活力如初。渴望愛(ài)心，如同星光渴望彼此輝映；渴望愛(ài)心，如同世紀(jì)之歌渴望永遠(yuǎn)被唱下去。 本文由 guowei07198513 貢獻(xiàn) doc 文檔可能在 WAP 端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇 TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 一、設(shè)計(jì)（論文）的要求： 說(shuō)明書(shū) 包括前言，合成氨變換工段工序原理，工藝條件及工藝流 程確定，以及主要設(shè)備的選擇說(shuō)明，對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述。 計(jì)算部分 計(jì)算。 圖紙 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。 包括物料衡算，熱量衡算，有效能利用率計(jì)算，主要設(shè)備 二、設(shè)計(jì)（論文）的原始數(shù)據(jù)： 天然氣成分：以鴻化廠的實(shí)際工作數(shù)據(jù)為依據(jù)來(lái)進(jìn)行。 年工作日 330 天 ,其余數(shù)據(jù)自定。 三、參考資料及說(shuō)明： 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 （上、下冊(cè)）《氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》理化數(shù)據(jù)、 、 《化 肥企業(yè)產(chǎn)品能平衡》《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》《合成氨工學(xué)》 、 、 、 《化工制圖》《化工原理》《化學(xué)工程》《化工設(shè)計(jì)概論》以及關(guān)于氮肥 、 、 、 的其他相關(guān)雜志。 1 目 1. 錄 前言?????????????????????????????? 4 2. 工藝原理???????????????????????????? 4 3. 4. 5. 6. 工藝條件???????????????????????????? 5 工藝流程的確定????????????????????????? 6 主要設(shè)備的選擇說(shuō)明 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6 對(duì) 本 設(shè) 計(jì) 的 綜述????????????????????????? 6 第一章 變換工段物料及熱量衡算? ???????????????? 8 第一節(jié) 中變物料及熱量衡算????????????????????? 8 1．確定轉(zhuǎn)化氣組成????????????????????????? 8 2．水汽比的確定?????????????????????????? 8 3．中變爐一段催化床層的物料衡算?????????????????? 9 4．中變爐一段催化床層的熱量衡算?????????????????? 11 5．中變爐催化劑平衡曲線?????????????????????? 13 6. 最佳溫度曲線的計(jì)算??????????????????????? 14 7．操作線計(jì)算?????????????????????????? 15 8．中間冷淋過(guò)程的物料和熱量計(jì)算????????????????? 16 9．中變爐二段催化床層的物料衡算 ????????????????? 17 算????????????????? 18 第二 節(jié) 低變爐的物料與熱量計(jì)算?????????????????? 19 第三節(jié) 廢熱鍋爐的熱量和物料計(jì)算???????????????? ? 24 第四節(jié) 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算???????????????? 26 第五節(jié) 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計(jì)算?????????????? 28 第二章 設(shè)備的計(jì)算???????????????????????? 29 1. 低溫變換爐計(jì)算???????????????????????? 29 2. 中變廢熱鍋爐????????????????????????? 31 參考文獻(xiàn)及致謝????????????????????????? 35 2 前 言 氨是一種重要的化工 產(chǎn)品，主要用于化學(xué)肥料的生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過(guò)多 年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。合成氨的生產(chǎn)主要分為：原 料氣的制??；原料氣的凈化與合成。粗原料氣中常含有大量的 C，由于 CO 是合 成氨催化劑的毒物，所以必須進(jìn)行凈化處理，通常，先經(jīng)過(guò) CO 變換反應(yīng)，使其 轉(zhuǎn)化為易于清除的 CO2 和氨合成所需要的 H2。因此， CO 變換既是原料氣的凈化過(guò) 程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。最后，少量的 CO 用液氨洗滌法，或是低溫變換串 聯(lián)甲烷化法加以脫除。 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過(guò) 程。在合成氨工 藝流程中起著非常重要的作用。 目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從 80 年代中期發(fā)展 起來(lái)的。所謂中變串低變流程，就是在 B107 等 FeCr 系催化劑之后串入 CoMo 系寬溫變換催化劑。在中變串低變流程中，由于寬變催化劑的串入，操作條件發(fā) 生了較大的變化。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換氣中 的 CO 含量也大幅度降低。由于中變后串了寬變催化劑，使操作系統(tǒng)的操作彈性 大大增加，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。 工藝原理： 一氧化碳變換反應(yīng)式 為： CO+H2O=CO2+H2+Q CO+H2 = C+H2O (11) (12) 其中反應(yīng)（ 1）是主反應(yīng)，反應(yīng)（ 2）是副反應(yīng)，為了控制反應(yīng)向生成目的產(chǎn) 物的方向進(jìn)行，工業(yè)上采用對(duì)式反應(yīng)（ 1— 1）具有良好選擇性催化劑，進(jìn)而抑制 其它副反應(yīng)的發(fā)生。 一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。 變換過(guò)程中還包括下列反應(yīng)式： H2+O2=H2O+Q 3 工藝條件 ： 壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡幾乎沒(méi)有影響。 但是提高壓力將使析炭和生成甲 烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。單 就平衡而言，加壓并無(wú)好處。但從動(dòng)力學(xué)角度，加 壓可提高反應(yīng)速率。從能量消耗上看，加壓也是有利。由于干原料氣摩爾數(shù) 小于干變換氣的摩爾數(shù)，所以，先壓縮原料氣后再進(jìn)行變換的能耗，比常壓 變換再進(jìn)行壓縮的能耗底。 具體操作壓力的數(shù)值， 應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點(diǎn)， 特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機(jī)投各段壓力的合理配置而定。 一般小型氨廠 操作壓力為 ,中型氨廠為 ~。 本設(shè)計(jì)的原料氣由小型合 成氨廠天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化而來(lái)，故壓力可取 . ： 變化反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。從 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，溫度升高，反應(yīng)速率常 數(shù)增大對(duì)反應(yīng)速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即 CO 平衡含量增 大，反應(yīng)推動(dòng)力變小，對(duì)反應(yīng)速率不利，可見(jiàn)溫度對(duì)兩者的影響是相反的。因 而存在著最佳反應(yīng)溫對(duì)一定催化劑及氣相組成， 從動(dòng)力學(xué)角度推導(dǎo)的計(jì)算式為 Tm= Te RTe E 1+ ln 2 E 2 ? E1 E1 式中 Tm、 Te— 分別為最佳反應(yīng)溫度及平衡溫度，最佳反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)組成 和催化劑的不同而變化。 1． 汽氣比： 水蒸汽比例一般指 H2O/CO 比值或水蒸汽 /干原 料氣 .改變水蒸汽比例是 工業(yè)變換反應(yīng)中最主要的調(diào)節(jié)手段。增加水蒸汽用量，提高了 CO 的平衡變 換率，從而有利于降低 CO 殘余含量，加速變換反應(yīng)的進(jìn)行。由于過(guò)量水蒸 汽的存在，保證催化劑中活性組分 Fe3O4 的穩(wěn)定而不被還原，并使析炭及生 成甲烷等副反應(yīng)不易發(fā)生。 但是， 水蒸氣用量是變換過(guò)程中最主要消耗指標(biāo)， 盡量減少其用量對(duì)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義， 蒸汽比例如果過(guò)高， 將造 成催化劑床層阻力增加； CO 停留時(shí)間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所 以，中（高）變換時(shí)適宜的水蒸氣比例一般為： H2O/CO=3～ 5，經(jīng)反應(yīng)后， 4 中變氣中 H2O/CO 可達(dá) 15 以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。 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(shè)計(jì)參 考四川省自貢市鴻鶴化工廠的生產(chǎn)工藝，選用中串低工藝。轉(zhuǎn)化氣從轉(zhuǎn)化 爐進(jìn)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(dá)到 3 到 5 之間，以后再進(jìn)入中變爐將轉(zhuǎn)換氣中一 氧化碳含量降到 3%以下。再通過(guò)換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到 180℃左右， 進(jìn) 入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 %以下，再進(jìn)入甲烷化工段。 主要設(shè)備的選擇說(shuō)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(jì)算得低變催化劑實(shí)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(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)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?yàn)? 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(yùn)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(jì)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(duì)中，低變進(jìn)行了物料和熱量衡算，在計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù) 計(jì)算結(jié)果對(duì)主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計(jì)的宗旨。設(shè)計(jì)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(gè)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(xiàn)資料較多，在本設(shè)計(jì)中， 主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《合成氨工藝學(xué)》這兩本 書(shū)。由于時(shí)間有限，設(shè)計(jì)可能不完善，請(qǐng)各位老師指出。謝謝！ 5 第一章 第一節(jié) 第一節(jié) 1．確定轉(zhuǎn)化氣組成： 變換工段物料及熱量衡算 中溫變換物料衡算及熱量衡算 中溫變換物料衡