【正文】 2008屆化學與材料工程系《化工工藝設(shè)計任務書》課題名稱年產(chǎn)8萬噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設(shè)計類型化工工藝設(shè)計導師職稱課題來源課題內(nèi)容變換工段在合成氨生產(chǎn)起的作用既是氣體凈化工序，又是原料氣的再制造工序，經(jīng)過變換工段后的氣體中的CO含量大幅度下降，符合進入甲烷化或者銅洗工段氣質(zhì)要求。要求：1. 繪制帶控制點的工藝流程圖2. 系統(tǒng)物料、能量合算3. 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算4. 該工段設(shè)備多，工藝計算復雜，分變換爐能力及觸媒裝填量核算、系統(tǒng)熱量核算和系統(tǒng)水循環(huán)設(shè)備及能力核算課題進度按化工設(shè)計要求進度進行基本條件要求1. 入工序氣體流量：33000Nm3/h（干基）壓力： 溫度：40℃：CO%=% CO2%=% H2%=% N2%=18% CH4%=% O2%=%(體積比)3. 出口氣體組分：CO%=4%（體積比）變換工藝設(shè)計說明書設(shè)計題目 年產(chǎn)8萬噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設(shè)計課題來源 年產(chǎn)8萬噸小型合成氨廠變換工段變換工段化學工藝設(shè)計標準變換工段在合成氨生產(chǎn)起的作用既是氣體凈化工序，又是原料氣的再制造工序，經(jīng)過變換工段后的氣體中的CO含量大幅度下降，符合進入甲烷化或者銅洗工段氣質(zhì)要求。要求：1. 繪制帶控制點的工藝流程圖 2. 系統(tǒng)物料、能量衡算 3. 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算4. 該工段設(shè)備多，工藝計算復雜，分變換爐能力及觸媒裝填量核算、系統(tǒng)熱量核算和系統(tǒng)水循環(huán)設(shè)備及能力核算。變換工段化學工藝設(shè)計主要技術(shù)資料1. 變換技術(shù)方案CO2變換反應是放熱反應，從化學平衡來看，降低反應溫度，增加水蒸汽用量，有利于上述可逆反應向生成CO2和H2的方向移動，提高平衡變換率。但是水蒸氣增加到一定值后，變換率增加幅度會變小。溫度對變換反應的速度影響較大，而且對正逆反應速度的影響不一樣。溫度升高，放熱反應即上述反應速度增加得慢，逆反應（吸熱反應）速度增加得快。因此，當變化反應開始時，反應物濃度大，提高溫度，可加快變換反應，在反應的后一階段，二氧化碳和氫的濃度增加，逆反應速度加快，因此，需降低反應溫度，使逆反應速度減慢，這樣可得到較高的變化率。但降溫必須與反應速度和催化劑的性能一并考慮，反應溫度必須在催化劑的使用范圍內(nèi)選擇。在本設(shè)計中我們選擇三段中溫變化工藝流程。2. 工藝流程% CO、溫度為40℃的半水煤氣，經(jīng)熱水洗滌塔除去氣體中的油污、雜質(zhì)，進入飽和塔下部與上部噴淋下來的120～140℃的熱水逆流接觸，氣體被加熱而又同時增濕。然后在混合器中與一定比例的300～350℃過熱蒸汽混合，25%～30%的氣體不經(jīng)熱交換器，作為冷激氣體。其他則經(jīng)熱交換器進一步預熱到320℃進入變換爐。進第一段催化反應后溫度升高到460～500℃，冷激后依次通過二、三段，氣體離開變換爐的溫度為400～410℃，CO變換率達90%，殘余CO含量為3%左右。變換氣經(jīng)熱交換器加熱原料氣，再經(jīng)第一熱水加熱器加熱熱水，然后進入熱水塔進一步冷卻、減濕，溫度降到100～110℃。為了進一步回收余熱，氣體進入第二熱水加熱器（即鍋爐給水預熱器），溫度降到70～80℃，最后經(jīng)冷凝塔冷卻到常溫返回壓縮機加壓。變換工段化學工藝設(shè)計原則1. 年產(chǎn)8萬噸合成氨2. 如工序氣體流量：33000Nm3/h，（干基）壓力：，溫度：40℃3. 入口氣體成分：CO%=%，CO2%=%，H2%=%，N2%=18%，CH4%=%，O2%=%（體積比）4. 出口氣體成分：CO%=%（體積比）教研室意見該設(shè)計符合化工工藝設(shè)計要求，同意接受此設(shè)計！第1章 引言 氨在國民經(jīng)濟中的地位與作用合成氨工業(yè)使基礎(chǔ)化學工業(yè)之一。其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。氨本身是重要的氮素肥料，除石灰石氮外，其它氮素肥料都是先合成氨，然后再加工成各種銨鹽或尿素。將氨氧化制成硝酸，不僅可用來制造肥料，亦是重要的化工原料，可制成各種炸藥。氨、尿素和硝酸又是氨基樹脂、聚酰胺樹脂、硝化纖維素等高分子化合物的原料。以其為原料可制得塑料、合成纖維、油漆、感光材料等產(chǎn)品。作為生產(chǎn)氨的原料CO+H2合成氣，可進行綜合利用，以聯(lián)產(chǎn)甲醇及羰基合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列化工產(chǎn)品。以做到物盡其用，減少排放對環(huán)境的污染，提高企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。已成為當今合成氨工業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。國際上對合成氨的需求，隨著人口的增長而對農(nóng)作物增產(chǎn)的需求和環(huán)境綠化面積的擴大而不斷增加。據(jù)資料統(tǒng)計：。%%。我國2007年合成氨產(chǎn)量已達35Mt，專家預測2020年將增至45Mt。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當長的爐要走。未來我國合成氨氮肥的實物產(chǎn)量將會超過是由和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中舉足輕重。 合成氨生產(chǎn)的新進展世界需求氮肥（折氮量）2003年1112108t增加到2007年1250108。2005年前，全世界有約65106t/a合成氨能力投產(chǎn)。沙特阿拉伯化肥公司興建的世界最大單系列合成氨已于2005年投產(chǎn)，該裝置能力為3000t/d（約1106t/a）。我國氮肥工業(yè)經(jīng)過多年的技術(shù)進步和技術(shù)改造，現(xiàn)已成為全球最大的氮肥生產(chǎn)國和尿素生產(chǎn)國。從召開的全國化工行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟現(xiàn)場交流會上獲悉，我國2005 ，(折純氮)，(實物量) ，已成為全球最大的氮肥生產(chǎn)國和最大的尿素生產(chǎn)國，并實現(xiàn)了氮肥的自給。我國現(xiàn)有氮肥生產(chǎn)企業(yè)564家，不僅數(shù)量多，分布也比較廣。近年來，在中央和各級地方政府的關(guān)心和支持下，我國氮肥行業(yè)認真落實國家資源節(jié)約、綜合利用和環(huán)境保護的方針政策，積極推進清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟，大幅度減少污染物的排放，為行業(yè)的發(fā)展打下了一定基礎(chǔ)。一些先進企業(yè)現(xiàn)在生產(chǎn)每噸合成氨的排水量，已從過去的50至60噸降到3至5噸，噸氨電耗降幅也達60千瓦時左右。據(jù)中國石油和化學工業(yè)協(xié)會化工防治污染技術(shù)協(xié)會介紹，我國氮肥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平與市場競爭力雖然有了很大提高，但是氮肥工業(yè)仍然是我國耗能和用水大戶，全行業(yè)年耗天然氣高達110億立方米，占全國總消費量的22%，%，%，耗水27億噸，平均噸氨耗水達58噸，因此在降耗節(jié)能和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟上，仍有巨大潛力可挖。為了使我國氮肥工業(yè)從生產(chǎn)大國繼續(xù)向生產(chǎn)強國邁進，中國氮肥工業(yè)協(xié)會等有關(guān)部門目前正在加大廢水、廢氣、廢渣回用以及一些先進節(jié)能技術(shù)等在這一行業(yè)的推廣。正在推廣的這些技術(shù)中，僅“噸氨節(jié)電200度技術(shù)”，有關(guān)專家預計我國以煤為原料，年產(chǎn)合成氨8萬噸以上的企業(yè)即使只有半數(shù)得到推廣。國外合成氨情況與國內(nèi)有很大不同，從原料上看，目前主要產(chǎn)氮國中，美、英、法、荷蘭等國幾乎全部采用天然氣，德國和日本液態(tài)烴占相當比重；上世紀80年代的資料顯示，國外合成氨原料中，煤的比重已下降到2%以下；但近年來，由于天然氣價格上漲，煤制氨比例有所上升。當今世界新技術(shù)革命深入發(fā)展，科學技術(shù)日新月異，科技更新進一步加快，經(jīng)濟發(fā)展從主要依靠物質(zhì)資源逐漸向主要依靠科學技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的時代過渡。我國百萬合成氨工業(yè)科技工作者及生產(chǎn)大軍，應對占世界人口近1/4的中國，應用科學技術(shù)更好地發(fā)揮土地、資源、環(huán)境條件的作用，為人類豐衣足食、綠化環(huán)境的美好生活，在合成氨工業(yè)生產(chǎn)科學創(chuàng)造出輝煌業(yè)績，以載入人類史冊。 變換工藝概述 簡述在合成氨生產(chǎn)中，制取氫氣，在生產(chǎn)中占有很大比重，因此要盡一切可能設(shè)法獲得最多氫氣。同時CO對氨合成催化劑有嚴重毒害，也必須除去。最好的辦法使提高CO變換率。近幾十年來，各國學者都做了不少工作，對催化劑不斷改善，到目前為止，%～%。通過變換工序?qū)O變?yōu)镠2使產(chǎn)品成本降低，工廠經(jīng)濟效益提高。由于制取合成氨原料氣所用的原料不同，所選擇的工藝也不一樣，所以原料氣中CO含量也不同。CO變換，視其原料和所采取的生產(chǎn)方法不同，也有不同的工藝流程。上世紀50年代以前，在常壓下制取合成氨原料