【正文】 3(標(biāo))= 出低溫變換爐 CO2 的量: += M3(標(biāo))= 出低變爐的濕組分： 組 分 含量％ M (標(biāo)) koml 3 CO2 CO H2 N2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 出低變爐的干組分： 組 分 含量％ M (標(biāo)) 3 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 100 koml 對(duì)出低變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算： 18 根據(jù)：K= （H2％CO2％）/（H2O％CO％） 計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工藝與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=223℃ 設(shè)平均溫距為 20℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=22320=203℃ 3．低變爐的熱量衡算： 以知條件：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: 在 203℃時(shí)，T=476K 計(jì)算變換氣中各組分的生成焓，原理與計(jì)算一段床層一樣，平均溫度為：476K, 計(jì)算結(jié)果如下： 組分 H2 Ht kcal/kmol） （ Ht（kJ/kmol） 放熱： H2O CO CO2 （1） = kJ/kg CO +H2O=CO2+H2 △H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 Q1=*= kJ/kg 氣體吸熱 Q2： 氣體吸熱時(shí)的平均溫度： （181+203）/2=℃，T= 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2 來計(jì)算熱 容。 熱容的單位為 kJ/（kmol.℃） 查表可得： 10 物質(zhì) a b/10 c/10 3 CO H2 H 2O 30 CO2 N2 5 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= V=KPABCD q= U 2 ? 4WV U=KP（A+B）+（C+D） ，W=KP1 其中 A、B、C、D 分別代表 CO、COCO2 及 H2 的起始濃度 t 300 320 340 360 380 T 573 593 613 633 653 Xp t T Xp 420 693 440 713 460 733 U ?q 100％ 2 AW 400 673 中變爐催化劑平衡曲線如下： 11 1 轉(zhuǎn)化率 Xp 中變爐平衡曲線 0 250 300 320 340 360 380 400 420 440 460 溫度 （℃） 由于中變爐選用 C6 型催化劑， 最適宜溫度曲線由式 Te 進(jìn)行計(jì)算。 為簡化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計(jì)算。 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(jì)手冊(cè)》可知 K=12 時(shí)溫度為 397℃。 由于天然氣變換工段工序是成熟工藝，參考文獻(xiàn)資料較多，在本設(shè)計(jì)中， 主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《合成氨工藝學(xué)》這兩本 書。 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。 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。 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。 1． 汽氣比： 水蒸汽比例一般指 H2O/CO 比值或水蒸汽/ 工業(yè)變換反應(yīng)中最主要的調(diào)節(jié)手段。 一般小型氨廠 操作壓力為 ,中型氨廠為 ~。但從動(dòng)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(gè)可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。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。 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。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。 年工作日 330 天,其余數(shù)據(jù)自定。 一、設(shè)計(jì)（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(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述。，流浪的人們才能重返家園；因?yàn)閻坌模v的靈魂才能活力如初。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 包括物料衡算，熱量衡算，有效能利用率計(jì)算，主要設(shè)備 二、設(shè)計(jì)（論文）的原始數(shù)據(jù)： 天然氣成分：以鴻化廠的實(shí)際工作數(shù)據(jù)為依據(jù)來進(jìn)行。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。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。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。 工藝原理： 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q CO+H2 = C+H2O (11) (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(jìn)行，工業(yè)上采用對(duì)式反應(yīng)（1—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(diǎn)， 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)溫對(duì)一定催化劑及氣相組成， 從動(dòng)力學(xué)角度推導(dǎo)的計(jì)算式為 Tm= Te RTe E 1+ ln 2 E 2 ? E1 E1 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。 但是， 水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標(biāo)， 盡量減少其用量對(duì)過程的經(jīng)濟(jì)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(shí)間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所 以，中（高）變換時(shí)適宜的水蒸氣比例一般為：H2O/CO=3～5，經(jīng)反應(yīng)后， 4 中變氣中 H2O/CO 可達(dá) 15 以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。再通過換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到 180℃左右， 進(jìn)入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 %以下，再進(jìn)入甲烷化工段。 對(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)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?yàn)?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(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。設(shè)計(jì)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(gè)主要設(shè)備。 進(jìn)中變爐干氣壓力 P中 =. 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(biāo)) n(水)= 因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分: 6 組 分 含量％ M (標(biāo)) koml 3 CO2 474 CO H2 N2 O2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 中變爐 CO 的實(shí)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(shí)際變換率為： X ％= Ya ? Ya′ 100=74％ Ya (1 + Ya′ ) 式中 Ya、 Ya39。 因?yàn)檫M(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 含量，％ M (標(biāo)) koml 3 CO2 474 CO H2 N2 O2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 假使 O2 與 H2 完全反應(yīng)，O2 完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的 CO 的量為： 7 60％=(標(biāo))= 出一段催化床層的 CO 的量為： = M (標(biāo))= 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2 的量為: += M (標(biāo))= 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO2 的量為： 474+= M3(標(biāo))= 出中