【正文】 536970水蒸氣1567784水106939258416263總計1095939210521017438375已知條件： 熱水塔物料已知條件變換氣進口溫度（℃）107變換氣出口溫度（℃）進口壓力(MPa)進口變換氣量(kmol)進口蒸汽量(kmol)（1）物料衡算塔內蒸汽冷凝量℃，蒸汽壓P=105Pa。 各組分的生成焓組分H2 H2O CO CO2Hm,f(kJ/kmol)8941230550100873370688反應放熱氣體吸熱Q2計算變換氣中各組分的熱熔，原理與計算一段床層一樣，結果見下表： 各組分的熱容組分COH2CO2H2ON2CH4Cp所以得：故熱損失（5）中變二段催化劑操作線計算由中變二段催化劑變換率及熱平衡計算結果知：中變爐入口氣體溫度 353℃中變爐出口氣體溫度 380℃中變爐入口CO變換率 60%中變爐出口CO變換率 82%01300320340360380400420440溫度（℃）CO轉化率中變二段催化劑操作線見下圖： 中變爐二段操作線 中變爐物料、熱量結果匯總見下表： 中變換爐物料量平衡表組分進中變換爐的物料量/m3出一段催化床層的物料量/m3進二段催化床層的物料量/m3出二段催化床層的物料量/m3CO2CO801H2N2O2————————————CH4H2O24031958合計5963 中變換爐熱量平衡表　反應放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ中變爐一段CO反應：——————　O2反應：——————總熱量：　93776854164中變爐二段238577已知條件：進低變爐的濕組分見下表： 進低變爐變換氣組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100Nm3kmol要將CO％％（濕基）以下，則CO的實際變換率為：則反應掉的CO的量為：出低溫變換爐CO的量： 出低溫變換爐H2的量： 出低溫變換爐H2O的量：出低溫變換爐CO2的量： 出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積：故出低變爐催化床層的變換氣干組分中CO的含量：同理得：出低變爐的干組分： 出低變爐變換氣干組分含量組 分CO2COH2N2CH4合計含量％100Nm3kmol出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積：所以出低變爐的濕組分見下表： 出低變爐變換氣濕組分含量組 分CO2COH2N2CH4H2O合計含量％100Nm3kmol：根據：計算得Kp=查文獻[1]知當Kp==235℃設平均溫距為32℃，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：t=235－32=203℃已知條件：進低變爐催化床層的變換氣溫度為：181℃出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203℃變換氣反應放熱Q1:查文獻[1]得變換氣的各個組分的生成焓列于下表。查文獻[2]C6型催化劑的正負反應活化能分別為E1=10000千卡/公斤分子，E2=19000千卡/公斤分子。取H2O/CO=3。企業(yè)實行廠長負責制，各部門負責人直接受廠長負責，并實行三級管理，廠、科、車間及人員編制以組織好生產為原則。這樣可以減少管路的鋪設和運輸過程的損耗。生產區(qū)：應包括七大車間：原料車間、熱電車間、造氣車間、壓縮車間、碳化車間、合成車間和尿素車間?？偲矫嬖O計任務：1在滿足生產流程條件下，結合廠區(qū)地形情況，經濟合理的安排場內外各建筑物、構筑物﹑堆場等的相對位置；2經濟合理的豎向布置，正確選擇標高；確定場內外運輸方式﹑運輸布置，合理組織人流﹑物流；3布置綜合管線；4標高綠化美化，考慮衛(wèi)生﹑消防條件，創(chuàng)造美好的工作條件。 中低變串聯流程中，主要設備有中變爐、低變爐、飽和熱水塔、換熱器等。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。對一氧化碳體積分數高于15%者，一般可考慮適當分段，段間進行冷卻降溫，盡量靠近最適宜溫度操作。由于過量水蒸汽的存在，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不易發(fā)生。對一定催化劑及氣相組成，從動力學角度推導的計算式為式中Tm、Te—分別為最佳反應溫度及平衡溫度，最佳反應溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化?！?～。但從動力學角度，加壓可提高反應速率。一氧化碳與水蒸氣的反應是一個可逆的放熱反應，反應熱是溫度的函數。與原高變催化劑比較，催化劑用兩可以減少一半以上，降低了變換爐床層阻力，降低了壓縮功耗。全低變工藝是全部采用低溫活性鈷鉬系變換催化劑進行一氧化碳變換的工藝過程，作為一種節(jié)能新工藝, 節(jié)能降耗的效果顯著。中低低流程是在一段鐵鉻系中溫變換催化劑后直接串二段鈷鉬系耐硫變換催化劑，利用中溫變換的高溫來提高反應速率，脫除有毒雜質，利用兩段低溫變換提高變換率，實現節(jié)能降耗。根據催化劑低溫性能，低變爐入口溫度可控制在180～230℃。所謂中溫變換串低溫變換流程，就是在B107等FeCr系催化劑之后串入CoMo系寬溫變換催化劑。加壓中溫變換工藝主要特點是：采用低溫高活性的中變催化劑，降低了工藝上對過量蒸汽的要求；采用段間冷激降溫，減少了系統(tǒng)的熱負荷和阻力，減小外供蒸汽量；合成與變換，銅洗構成第二換熱網絡，合理利用熱能。從氨可以制的硝酸，繼而再制造硝酸銨、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纖維素等。氨在國民經濟中占有重要的地位。以天然氣為原料制氨噸氨能耗已經接近了理論水平,今后難以有較大幅度的降低,但以油、煤為原料制氨,降低能耗還可以有所作為。目前合成氨總生產能力為4500萬噸/年左右,氮肥工業(yè)已基本滿足了國內需求,在與國際接軌后,具備與國際合成氨產品競爭的能力,今后發(fā)展重點是調整原料和產品結構,進一步改善經濟性。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。因此，CO變換反應既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。因而能耗是衡量合成氨技術水平和經濟效益的重要指標。因此，CO變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。在化學工業(yè)中，合成氨工業(yè)已經成為了重要的支柱產業(yè)。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。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，所以必須進行凈化處理，通常，先經過CO變換反應，使其轉化為易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。 process design。 Secondly carries on the reasonable design to the entire factory arrangement。年產50萬噸合成氨中變換工段設計[摘要]變換工段工序是合成氨生產中關鍵的一步，其主要任務是將變換氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳。[關鍵詞]中串低；變換工段；工藝設計 The Design of the Conversion Section in the Production of the 500 thousand tons Synthetic Ammonia per yearAbstract: Conversion section is the key step in the Synthetic Ammonia production, the main task is transform the Carbon monoxide in the feed gas to Carbon dioxide.This design uses high and low temperature shift in series process. Firstly, simply introduce the process and process conditions。 conversion section。合成氨的生產主要分為：原料氣的制取；原料氣的凈化與合成。變換工段是指CO與水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的過程。隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其他化工產品的氨用量也在增長。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，所以必須進行凈化處理，通常，先經過CO變換反應，使其轉化為易于清除的CO2和氨合成所需要的H2?，F在合成氨能耗約占世界能源消費總量的3%，中國合成氨生產能耗約占全國能耗的4%。在合成氨生產中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數一般為12%~40%。第一步是高溫變換，使大部分CO轉變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，%左右。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。我國的氮肥工業(yè)自20世紀50年代以來,不斷發(fā)展壯大,目前合成氨產量已躍居世界第一位,已掌握了以焦炭、無煙煤、焦爐氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產合成氨、尿素的技術,形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產規(guī)模并存的生產格局。單系列合成氨裝置生產能力將從2000t/d提高至4000~5000t/d。有利于“提高裝置生產運轉率、延長運行周期”的技術,包括工藝優(yōu)化技術、先進控制技術等將越來越受到重視。氨在工業(yè)上主要用來制造炸藥和各種化學纖維和塑料。中溫變換工藝早期均采用常壓，經節(jié)能改造，現在大都采用加壓變換。后者在合成塔設后置式鍋爐或中置式鍋爐產生蒸汽供變換用，變換工段則設置第二熱水塔回收系統(tǒng)余熱供精煉銅液再生用；采用電爐升溫，革新了變換工段燃燒爐升溫方法，使之達到操作簡單、平穩(wěn)、省時、節(jié)能效果。由于中變后串了寬變催化劑，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。與中變流程相比,中串低工藝蒸汽消耗下降,飽和塔負荷減輕。比全低變工藝操作穩(wěn)定在于中低低工藝以鐵鉻系中變催化劑為凈化劑，過濾煤氣中氧和油污，起到了保護鈷鉬系耐硫催化劑的作用。熱回收率高，有效能損失小，熱交換設備換熱面積可減少1/2左右。一氧化碳變換反應式為： (1) (2)其中反應（1）是主反應，反應（2）是副反應，為了控制反應向生成目的產物的方向進行，工業(yè)上采用對式反應（1）具有良好選擇性催化劑，進而抑制其它副反應的發(fā)生。單就平衡而言，加壓并無好處。具體操作壓力的數值，應根據中小型氨廠的特點，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。因而存在著最佳反應溫。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，加速變換反應的進行。若一氧化碳體積分數較高，應采用中溫變換因為中變催化劑操作溫度范圍較寬，而且價廉，壽命長，大多數合成氨原料氣中一氧化碳高于10%，故都可先通過中變除去大部分一氧化碳。%左右，則將中變和低變串聯使用。再通過換熱器將轉換氣的溫度降到180℃左右，%以下，再進入脫碳工段。2 全廠總平面布置全廠平面設計為本設計的一項重要任務，總平面設計的是否合理，直接影響新建廠能否節(jié)約而有效的順利進行，影響到建廠后的生產，管理，成本，能耗等各個方面，同時還影響到全廠的美觀和今后的發(fā)展。廠前區(qū)：包括行政樓、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務室等主要建筑。他們盡量靠近其服務的車間。原料﹑半成品和成品形成整個順序，盡量保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉；鍋爐房﹑水泵房﹑配電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短期間距離，節(jié)省投資；由前區(qū)到生產區(qū)主要干道，應避免與主要運輸道路交叉；盡量使大多數廠房向陽﹑背風﹑避免瓦斯等，盡可能使各廠區(qū)有條件采用自然采光和自然通風等；按防火規(guī)范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規(guī)定；根據衛(wèi)生規(guī)范的要求，保證廠區(qū)內衛(wèi)生符合規(guī)定；根據環(huán)境發(fā)展的要求，生產區(qū)設在有廢渣處理系統(tǒng)﹑廢水處理系統(tǒng)﹑廢氣處理系統(tǒng)等設施 ；考慮工廠今后的發(fā)展，在廠區(qū)留有建筑余地；盡量做到以生產區(qū)為軸線，再考慮輔助車間﹑行政樓和道路的安排。進中變爐干氣壓力。計算結果列于下表： 不同溫度下的催化劑轉化率t300340380400420440T573613653673693713Xp催化劑平衡曲線見下圖： 中變爐催化劑平衡曲線由于中變爐選用C6型催化劑，最適宜溫度曲線用下式進行計算： 式中EE2分別為催化劑的正負反應活化能。查文獻[1]得變換氣的各個組分的生成焓列于下表 各組分的生成焓組分O2H2 H2O CO CO2Hm,f(kJ/kmol)93498941231346101580380681反應（1）放熱Q1 反應（2）放熱Q2氣體反