【正文】 這些都將為基地提供充足的電力供應(yīng)。 二段轉(zhuǎn)化爐的物料衡算設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)：空氣組成：N2：78%；O2：21%；Ar：1%；補(bǔ)加蒸汽量為加入空氣量的10%；出口甲烷含量：%；出口壓力：；出口溫度：1003℃。弛放氣組成如下表：組分N2H2CH4ArNH3合計(jì)yi混合燃料氣組成及低熱值如下表：組 分YiQi（低熱值）kcal／kmolYiQi kJCH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2NH3N2O2ArCO2合計(jì)混合燃料燃燒的計(jì)算是以1kmol混合燃料氣為計(jì)算基準(zhǔn)主要燃燒反應(yīng)有：CH4+2O2=CO2+2H2OC2H6+=2CO2+3H2OC3H8+5O2=3CO2+4H2OC4H10+=4CO2+5H2OC5H12+8H2O=5CO2+6H2OH2+O2=H2ONH3+O2=N2+H2O則混合燃料氣的理論耗氧量為：組 分Yi理論耗氧量kmol燃燒產(chǎn)物 kmolCO2H20N2CH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2NH3合計(jì)燃燒1kmol混合燃料氣的理論空氣耗量為：n理== kmol／kmol混合燃料查[3] ?！鍻27．2272CO2N2ArH2O合計(jì)CP煙氣(0～1043℃) = ++++= kcal／kmol℃混合燃料氣的平均熱容如下表：組 分YiCPi(0～105℃) kcal／kmol△tCPi(0～30℃)△tX=1043X= kJ／hQ熱損失 取該段總收入熱量的2%Q熱損失=2%Q入=求得變換爐各處氣體組成如下表：位置氣體組成溫度℉絕溫176。Rlgk = 解之得 k = 同理按90%進(jìn)行計(jì)算 k = = KP = 則w = KP 1= u = KP (A+B)+(C+D) = (+)+(+)= v = KP (AB)(CD) = ()()= = = = x = = 2wx = 2=將上述式子代入（1）中== （）=解之得 = h1 設(shè)入爐變換氣為V標(biāo)準(zhǔn)米3（干基）V == m3在30kg/cm2壓力下，催化劑活性為常壓下的4倍，由此求得第一層催化劑量 VR1 = = 第二層催化劑量 VR1 = = m3 則催化劑總量 VR = VR1+ VR1 =+= m3 相當(dāng)于以干氣計(jì)算的空間速度為 = h1 而根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的安全裝填系數(shù)k′=，催化劑實(shí)際裝填量為：V實(shí) = VRk′== m3實(shí)際工廠裝填量約為56～60 m3，故本設(shè)計(jì)和實(shí)際用量基本相符。R第一層催化劑平均溫度Tm = =176。nCO ==106 kJ／h損失的熱量 Q損=106=106 kJ／h高變爐熱平衡：∑H入=106 kJ／h∑H出=H出+Q損=106+106=106 kJ／h 高變爐平衡溫距的計(jì)算KPCO===查[2]得 對(duì)應(yīng)的平衡溫度t平 =℃高變爐平衡溫距 △t==℃ 高變爐干空速的計(jì)算以1atm、60℉（℃）為計(jì)算基準(zhǔn)干空速 SV == h1 低溫變換爐的衡算 物料衡算：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)出口CO含量為：%，設(shè)低變爐出口干氣總量為Vkmol／h，則在低變爐中變換掉的CO為：n′CO=V= V入口干氣+ n′CO =+（ V）解得 V= kmol／h消耗掉的CO量為 n′CO = kmol／h則低溫變換爐出口各組分為：nCO = = kmol／hnH2O= = kmol／hnCO2=+= kmol／hnH2=+= kmol／hnCH4= kmol／hnAr= kmol／hnN2= kmol／h低溫變換爐出口各組成如下表：組 分ni kmol/hmol（干）％kg/hCOCO2H2CH4N2Ar干氣H2O合計(jì) 低溫變換爐熱量衡算（1）低溫變換爐入口氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（241℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106（2）低變爐出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（254℃）如下表：組 分ni kmol/hniHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N21570106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106（3）熱平衡熱損失按平均溫度反應(yīng)熱的10%計(jì)算出、入口平均溫度 = = ℃查[2]得此溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng) △rH = kcal／kmol低變爐的反應(yīng)熱Q反=△rHCPi（0～1043℃) X+ ℃YiCPikcal／℃O2N2Ar合計(jì)查[3]可得 CPH2O(0～30℃)= kcal／kmolQ低熱= kJ／h Q混燃料帶入熱 =∑Yi℃CP煙氣(0～252℃)= ++++= kcal／kmol在此條件下，／cm2 則 nH2O== kmol／kmol混合燃料混合燃料氣煙氣組成：nO2=+= kmol／kmol混合燃料nN2=++= kmol／kmol混合燃料nAr =+= kmol／kmol混合燃料nH2O =+= kmol／kmol混合燃料nCO2=+= kmol／kmol混合燃料煙氣平均熱容如下表：組分niHi kcal／kmolYiCPi(0～1043℃) kcal／kmol 轉(zhuǎn)化段熱量衡算 一段爐輻射段熱量衡算計(jì)算數(shù)據(jù)依據(jù)：入反應(yīng)管溫度：510℃入反應(yīng)管壓力： 出上升管溫度：850℃出上升管壓力：入一段轉(zhuǎn)化爐爐芯燃料氣溫度為：105℃ 輻射段出口煙氣溫度為：252℃熱量衡算以統(tǒng)一基準(zhǔn)焓為計(jì)算基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)查自[10]；同時(shí)，以1atm、25℃為計(jì)算基準(zhǔn)1kcal=。2 設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 轉(zhuǎn)化段物料衡算原料氣（入加氫轉(zhuǎn)化器天然氣）組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hkg/hCH489．00C2H65．001680．00C3H8C4H10C5H12N2∑干1120．00循環(huán)氫氣組成如下表：組 分kmol/hkg/hN2545H2117Ar9CH413合 計(jì)78．80684出加氫器氣體組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hCH4C2H656C3H8C4H10C5H12N2H2Ar合 計(jì) 一段轉(zhuǎn)化爐的物料衡算計(jì)算數(shù)據(jù)依據(jù)：水碳比R=一段爐出口甲烷含量設(shè)計(jì)為10％一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度：822℃一段轉(zhuǎn)化爐出口壓力：（表壓）A. 物料衡算：總碳流量：∑C=+562+3+4+5=水碳比：R=故加入水蒸汽量：nH2O==設(shè)一段轉(zhuǎn)化爐出口CO、COH2的含量分別為nCO、nCO2和nH2，干轉(zhuǎn)化氣總量為V kmol/h,轉(zhuǎn)化消耗水蒸汽量為n′H2O kmol/h。 （4）土地資源優(yōu)勢(shì) 基地處于荒山丘陵地帶，地形平緩，地勢(shì)開(kāi)闊，有成片的發(fā)展用地，為工業(yè)建設(shè)提供了廣闊的土地資源。 工廠的選址本設(shè)計(jì)合成氨廠選址為位于寧夏回族自治區(qū)靈武市境內(nèi)的寧東能源重化工基地。經(jīng)高變處理后，％左右，溫度為425～440℃?！?MPa，也配入少量水蒸氣，然后進(jìn)入對(duì)流段的工藝空氣加熱盤(pán)預(yù)熱到480℃左右，進(jìn)入二段爐頂部與一段轉(zhuǎn)化氣匯合，在頂部燃燒區(qū)燃燒、放熱，溫度升到1200℃左右，在通過(guò)催化劑床層時(shí)繼續(xù)反應(yīng)并吸收熱量，離開(kāi)二段轉(zhuǎn)化爐的溫度約為1000℃左右， MPa，％。在本設(shè)計(jì)中，甲烷和其他烴類(lèi)轉(zhuǎn)化為CO和H2的轉(zhuǎn)化工序采用的是兩段爐催化轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)二段轉(zhuǎn)化后，%左右?？梢?jiàn)，在這4種原料中，以煤為原料制氨成本最低,然而，以煤為原料合成氨能耗遠(yuǎn)大于天然氣（見(jiàn)表11）。在目前我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)里，煤炭占67％，石油占20％，％，％的世界平均水平。天然氣作為一種清潔優(yōu)質(zhì)的能源，在我國(guó)改善能源結(jié)構(gòu)，以及我國(guó)在大力推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，獲得了前所未有的大發(fā)展。寧夏天然氣資源也十分豐富，所以在選擇天然氣作為原料合成氨有著明顯的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。 首先，我國(guó)天然氣資源比較豐富，寧夏地區(qū)有得天獨(dú)厚的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。變換工段主要利用CO變換反應(yīng)式：CO+H2O→CO2+H2 ΔH 298=在不同溫度下分兩步進(jìn)行，第一步是高溫變換（簡(jiǎn)稱高變）使大部分CO轉(zhuǎn)化為CO2和H2，第二步是低溫變換簡(jiǎn)稱低變，%左右。CH4+H2O→CO+3H2CH4+2H2O→CO+4H2二段轉(zhuǎn)化爐出口氣體溫度約950～1000 ℃，殘余甲烷含量和（H2+CO）/N2比均可達(dá)到指標(biāo)。氨合成反應(yīng)式如下：N2+3H2 2NH3(g) ΔH=； 合成氨轉(zhuǎn)化工序的工藝原理本設(shè)計(jì)中的合成氨轉(zhuǎn)變工序是指轉(zhuǎn)化工序和變換工序的合稱。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。因此，原料氣在進(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)行原料氣的最終凈化，即精制過(guò)程。一類(lèi)是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此，CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過(guò)程，為后續(xù)脫碳過(guò)程創(chuàng)造條件。　?、?一氧化碳變換過(guò)程　　在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分?jǐn)?shù)一般為12%～40%。 合成氨的典型工藝流程介紹合成氨的生產(chǎn)過(guò)程包括三個(gè)主要步驟：原料氣的制備、凈化和壓縮和合成。特別是于90年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn)20萬(wàn)噸合成氨裝置達(dá)到了當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平。第三、大型氨廠的崛起20世紀(jì)70年代是世界合成氨工業(yè)大發(fā)展時(shí)期。第一、恢復(fù)老廠和新建中型氨廠20世紀(jì)50年代初，在恢復(fù)和擴(kuò)建老廠的同時(shí)，從原蘇聯(lián)引進(jìn)以煤為原料、年產(chǎn)50kt的三套合成氨裝置，并創(chuàng)建了吉化、蘭州、太原三大化工基地，后又自行設(shè)計(jì)、以川化的創(chuàng)建為標(biāo)志。此外在上海還有一個(gè)電解水制氫生產(chǎn)合成氨、硝酸的小型車(chē)間。此外，若配置有高一級(jí)管理、控制功能的上位機(jī)系統(tǒng)，還能進(jìn)行全廠綜合優(yōu)化控制和管理，這種新穎的過(guò)程控制系統(tǒng)不僅可以取代常規(guī)模擬儀表，而且還可以完成局部?jī)?yōu)