【正文】 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)。 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 ) 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 ) 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。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。 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。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。但是，水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟性具有重要的意義，蒸汽比例如果過高，將造成催化劑床層阻力增加； CO 停留時間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換時適宜的水蒸氣比例一般為： H2O/CO=3～ 5，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中 H2O/CO 可達 15 以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。因而存在著最佳反應(yīng)溫對一定催化劑及氣相組成，從動力學角度推導的計算式為 Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 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。具體操作壓力的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機 投 各段壓力的合理配置而定。單就平衡而言，加壓并無好處。 工藝原理： 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q (11) CO+H2 = C+H2O (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)物的方向進行，工業(yè)上采用對式反應(yīng)（ 1— 1）具有良好選擇性催化劑，進而抑制其它副反應(yīng)的發(fā)生。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。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。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。 二、設(shè)計（論文）的原始數(shù)據(jù)： 天然氣成分：以鴻化廠的實際工作數(shù)據(jù)為依據(jù)來進行。 四 川 理 工 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 年產(chǎn)五萬噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計 系 別 化 學 工 程 與 工 藝 專 業(yè) 無 機 化 工 011 指導教師 教研室主任 學生姓名 接受任務(wù)日期 2021 年 2 月 28日 完成任務(wù)日期 2021 年 6 月 1 日 四 川 理 工 學 院 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書 材 料 與 化 學 工 程 系 無 機 化 工 專業(yè) 20211 班 題 目 年產(chǎn)五萬噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計 起迄日期 2021 年 2 月 25 日起至 2021 年 6 月 1 日止 指 導 老 師 教研室主任 （簽名） 系 主 任 （簽名） 學 生 姓 名 批 準 日 期 2021 年 2 月 25 日 接受任務(wù)日期 2021 年 2 月 25 日 完成任務(wù)日期 2021 年 6 月 1 日 一、設(shè)計（論文）的要求： 說明書 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)備的選擇說明 ， 對本設(shè)計的評述 。 年工作日 330 天 ,其余數(shù)據(jù)自定。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。 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程。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。 一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。但從動力學角度，加壓可提高反應(yīng)速率。一般小型氨廠操作壓力為 ,中型氨廠為 ~。 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。 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。 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。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。 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》這兩本書。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℃。 為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準焓（或稱生成焓）計算。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 查表可得： 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 Cpm=∑ Yi*Cp= KJ/（ kmol.℃ ） 所以氣體吸熱 Q3=**(415330)= 假設(shè)熱損失 Q4 根據(jù)熱量平衡的： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 5．中變爐催化劑平衡曲線 根據(jù) H2O/CO=，與公式 XP= AWqU2? 100％ V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D）， W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 CO CO2及 H2的起始濃度 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460溫度 （ ℃）轉(zhuǎn)化率 Xp中變爐平衡曲線 由于中變爐選用 C6型催化劑， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEE RTTee?? 進行計算。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 表 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計算熱容： 物質(zhì) a b c d CH4 計算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ kmol.℃ ） Q2=**（ 365353） = 熱損失： Q3=Q1Q2= kJ 第二節(jié) 低變爐的物料與熱量計算 ： 進低變爐的濕組分 : 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 M3(標 ) 1113.9 7105.6 koml 2