【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(jìn)口溫度（℃）107變換氣出口溫度（℃）進(jìn)口壓力(MPa)進(jìn)口變換氣量(kmol)進(jìn)口蒸汽量(kmol)（1）物料衡算塔內(nèi)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(yīng)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(jié)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(jié)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(zhuǎn)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(jié)果匯總見下表： 中變換爐物料量平衡表組分進(jìn)中變換爐的物料量/m3出一段催化床層的物料量/m3進(jìn)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(yīng)放熱/kJ氣體吸熱/kJ熱量損失/kJ中變爐一段CO反應(yīng)：——————　O2反應(yīng)：——————總熱量：　93776854164中變爐二段238577已知條件：進(jìn)低變爐的濕組分見下表： 進(jìn)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(yīng)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(jù)：計算得Kp=查文獻(xiàn)[1]知當(dāng)Kp==235℃設(shè)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(jìn)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(yīng)放熱Q1:查文獻(xiàn)[1]得變換氣的各個組分的生成焓列于下表。查文獻(xiàn)[2]C6型催化劑的正負(fù)反應(yīng)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(fù)責(zé)制，各部門負(fù)責(zé)人直接受廠長負(fù)責(zé)，并實行三級管理，廠、科、車間及人員編制以組織好生產(chǎn)為原則。這樣可以減少管路的鋪設(shè)和運輸過程的損耗。生產(chǎn)區(qū)：應(yīng)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(shè)計任務(wù)：1在滿足生產(chǎn)流程條件下，結(jié)合廠區(qū)地形情況，經(jīng)濟(jì)合理的安排場內(nèi)外各建筑物、構(gòu)筑物﹑堆場等的相對位置；2經(jīng)濟(jì)合理的豎向布置，正確選擇標(biāo)高；確定場內(nèi)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(biāo)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(lián)流程中，主要設(shè)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?jǐn)?shù)高于15%者，一般可考慮適當(dāng)分段，段間進(jìn)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(yīng)不易發(fā)生。對一定催化劑及氣相組成，從動力學(xué)角度推導(dǎo)的計算式為式中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。～,～。但從動力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。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)。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(jìn)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(yīng)速率，脫除有毒雜質(zhì)，利用兩段低溫變換提高變換率，實現(xiàn)節(jié)能降耗。根據(jù)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(fù)荷和阻力，減小外供蒸汽量；合成與變換，銅洗構(gòu)成第二換熱網(wǎng)絡(luò)，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(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。以天然氣為原料制氨噸氨能耗已經(jīng)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(chǎn)能力為4500萬噸/年左右,氮肥工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需求,在與國際接軌后,具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力,今后發(fā)展重點是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu),進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)。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(xué)工業(yè)中，合成氨工業(yè)已經(jīng)成為了重要的支柱產(chǎn)業(yè)。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。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。 process design。 Secondly carries on the reasonable design to the entire factory arrangement。年產(chǎn)50萬噸合成氨中變換工段設(shè)計[摘要]變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中關(guān)鍵的一步，其主要任務(wù)是將變換氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。[關(guān)鍵詞]中串低；變換工段；工藝設(shè)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(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(jìn)行凈化處理，通常，先經(jīng)過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。現(xiàn)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(chǎn)能耗約占全國能耗的4%。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%。第一步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)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(jì)50年代以來,不斷發(fā)展壯大,目前合成氨產(chǎn)量已躍居世界第一位,已掌握了以焦炭、無煙煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨、尿素的技術(shù),形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力將從2000t/d提高至4000~5000t/d。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長運行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)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(xué)纖維和塑料。中溫變換工藝早期均采用常壓，經(jīng)節(jié)能改造，現(xiàn)在大都采用加壓變換。后者在合成塔設(shè)后置式鍋爐或中置式鍋爐產(chǎn)生蒸汽供變換用，變換工段則設(shè)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(dá)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(fù)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(hù)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(shè)備換熱面積可減少1/2左右。一氧化碳變換反應(yīng)式為： (1) (2)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)上采用對式反應(yīng)（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。單就平衡而言，加壓并無好處。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(jī)投各段壓力的合理配置而定。因而存在著最佳反應(yīng)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(yīng)的進(jìn)行。若一氧化碳體積分?jǐn)?shù)較高，應(yīng)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(shù)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(lián)使用。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到180℃左右，%以下，再進(jìn)入脫碳工段。2 全廠總平面布置全廠平面設(shè)計為本設(shè)計的一項重要任務(wù)，總平面設(shè)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(jìn)行，影響到建廠后的生產(chǎn)，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(wù)室等主要建筑。他們盡量靠近其服務(wù)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(chǎn)區(qū)主要干道，應(yīng)避免與主要運輸?shù)缆方徊?；盡量使大多數(shù)廠房向陽﹑背風(fēng)﹑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(fēng)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(jù)衛(wèi)生規(guī)范的要求，保證廠區(qū)內(nèi)衛(wèi)生符合規(guī)定；根據(jù)環(huán)境發(fā)展的要求，生產(chǎn)區(qū)設(shè)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(shè)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(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間﹑行政樓和道路的安排。進(jìn)中變爐干氣壓力。計算結(jié)果列于下表： 不同溫度下的催化劑轉(zhuǎn)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(jìn)行計算： 式中EE2分別為催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能。查文獻(xiàn)[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(yīng)（1）放熱Q1 反應(yīng)（2）放熱Q2氣體反