【正文】 之間，氨凈值 10%～15%。到氨合成這一工序時，雖然原料氣經(jīng)過幾道凈化，難免還會夾帶些惰性氣體，需要將其排放，以免積累給設(shè)備和壓縮系統(tǒng)造成不必要的負擔。 本廠生產(chǎn)人員上班采用白班、中班和夜班三班制，每班 8 小時。 平衡常數(shù) Kp 表示反應(yīng)達到平衡時，生成物與反應(yīng)物之間的數(shù)量關(guān)系，因此，它是衡量化學(xué)反應(yīng)進行完全程度的標志。 若已知溫度，就能求出 Kp 值，從而就可以計算出不同溫度、壓力和氣體成分下的平衡組成。設(shè)變換前原料氣的體積 (干基 )為 1，并分別以 COV 、 39。39。平衡變換率越高，說明反應(yīng)達到平衡時變換氣中一氧化碳殘余含量越少。 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 20 圖 在生產(chǎn)中，中溫變換之后再進行低溫變換，就是為了使變換反應(yīng)在較低的溫度下繼續(xù)進行。不同溫度下蒸汽添加量與一氧化碳平衡變換率的關(guān)系如圖 所示。因此，蒸汽用量過大，變換率的增加并不顯著，卻增大了蒸汽消耗量，同時還會使催化劑層溫度難以維持。除去二氧化碳的方法 是將一氧化碳變換到一定程度后，送往脫碳工序除去氣體中的二氧化碳，然后再進行第二次變換。但在實際生產(chǎn)中所；采用的工藝條件下，這些副反應(yīng)一般是不容易發(fā)生的。 1）鐵鉻系催化劑 鐵鉻系催化劑的主要組分為三氧化二鐵和助催化劑三氧化二鉻。 鐵鉻系催化劑是一種棕褐色的圓柱體或片狀固體顆粒。各類鐵鉻催化劑都有一定的活性溫度和使用條件。由于還原反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故在還原過程要嚴格控制 氫氣和一氧化碳的加入量，以避免溫度急劇上升，影響催化劑的活性和使用壽命。氧能將活性四氧化三鐵氧化成三氧化二鐵，反應(yīng)方程式如下： 3 4 2 2 3F e O O 6F e O 123? ? ? 千 卡 上述反應(yīng)的 熱效應(yīng)很大，如果原料氣中的氧含量過高，氧化反應(yīng)放出的大量熱將使催化劑超溫，甚至被燒結(jié)，因此在生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴格控制原料氣中的氧含量。進出口氧含量相等時，鈍化過程即將結(jié)束。硫化氫與催化劑的反應(yīng)如下： 3 4 2 2 2 F e O 3H S H 3F e S 4H O? ? ? ? 原料氣中。磷和砷的中毒是不可逆的。鈍化的方法是用蒸汽或氮氣以30～ 50℃ /h 的速度將催化劑的溫度降至 150～ 200℃，然后配入少量空氣進行鈍化。當催化劑中含有硫酸根時，會被還原成硫化氫并隨 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 23 氣體帶出，這一過程稱為放硫。 表 鐵鉻系催化劑中的三氧化二鐵對一氧化碳變換反應(yīng)無催化作用，需要還原成四氧化三鐵后才具有活性，這個過程稱為催化劑的還原。經(jīng)還原后的鐵鉻催化劑若暴露在空氣中則迅速燃燒，立即失去活性。此外，還含有少量氧化鎂、氧化鉀、氧化鈣等物質(zhì)。鐵鉻系催此劑活性高．機械強度好，能耐少量硫化物，耐熱性能好，使用壽命長，成本較低，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 5）副反應(yīng)的影響 一氧化碳變換過程中，可能發(fā)生一氧化碳分解忻出碳和生成甲烷等副反應(yīng)，其反應(yīng)式為： 2O 2 4 22 4 2 2 2 4 2 2 C O = C + C + Q ； C O + 3 H = C H + H O + Q ； 2 C O + 2 H = C H + C O + Q ； C O + 4 H = C H + 2 H O + Q 副反應(yīng)不僅消耗了原料氣中的有效成分氫氣和一氧化碳，增加了無用成分甲烷的含量，而且一氧化碳分解后析出的游離碳極容易附著在催化劑表面上，使催化劑的活性降低。在目前的工業(yè)操作條件下，壓力對變換反應(yīng)的化學(xué)平衡無顯著的影響。在同一溫度下，蒸汽用量增大平衡變換率隨之增大。 2）蒸汽添加量的影響 增加蒸汽用量，可以使變換反應(yīng)向生成氫和二氧化碳的方向進行。必要時，可以用實際變換率與平衡變換率的接近程度來衡量生產(chǎn)工藝條件的好壞。以 l 摩爾干原料氣為基準時、平衡常數(shù)與平衡變換率的關(guān)系式為： ? ???? ???****c ax d axa ax b ax????PK= （ 216） 式中， a 、 b 、 c 、 d — 反應(yīng)前原料氣中一氧化碳、水蒸氣、二氧化碳、氫的含量，摩爾分數(shù)； *x — 平衡變換率， %。 x )，變換氣中一氧化碳的含量為： 39。若反應(yīng)前氣體中有 a摩爾一氧化碳，變換后氣體中剩下 b摩爾一氧化碳，則變換率為： ?abx= 100%a (213) 在實際生產(chǎn)中，變換氣中除含有一氧化碳外，尚有氫、二氧化碳、氮等組分，其變換率可根據(jù)反應(yīng)前后的氣體成分進行計算。 由于變換反應(yīng)是放熱 的，降低溫度有利于平衡向右移動，因此平衡常數(shù)隨溫度的降低而增大。 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 17 第二章 工藝部分 重點設(shè)計工序（變換工序 ）的基本原理 變換反應(yīng)的特點 變換反應(yīng)的方程式： ?? ?????? ????2 2 2汽 催 化 劑C O + H O C O + H + Q 變換反應(yīng)的特點是可逆、放熱（ ）、反應(yīng)前后體積不變，并且反應(yīng)速率比較慢，只有在催化劑的作用下具有較快的反應(yīng)速率。 綜上 ， 每年正常工作日為 36540205=300 天。出合成氨塔的氣體是含有氨、氫氣、 氮氣等的混合氣體，要得到較純凈的氨還需要個氨分離器。 ③ 空間速度 ： 當操作壓力及進塔氣體組成一定時，對于既定結(jié)構(gòu)的氨合成塔，提高空速，出口氣體的氨含量下降即氨凈值降低。 （ 2）工藝參數(shù)的選擇 ① 溫度 ： 氨合成反應(yīng)溫度，一般控制在 400℃～ 500℃之間，催化劑床層的進口溫度比較低，大于或等于催化劑使用溫度的下限，依靠反應(yīng)熱床層溫度迅速提高，而后溫度再逐漸降低。 ② 工藝流程圖 圖 醇烴化工藝流程圖 氨合成 氨的合成為提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程中的核心部分。 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 14 綜合考慮后，本設(shè)計采用醇烴化法精制 原料氣。高壓 ( MPa)甲醇合成 CO 單程轉(zhuǎn)化率達到 90%以上，醇后出口氣體中 CO+CO2含量體積分數(shù)小于 20010 6。 ④ 醇烴化工藝法 ： 醇烴化工藝技術(shù)是將合成氨原料氣的精制分兩步進行。該法存在的不足之處也是會損耗原料氣 H2， 而且甲烷化后甲烷含量增加 ,造成氨合成放空量增大 ,甲烷化還要求變換中 CO 含量 %, (CO+CO2)% , 以控制催化劑床層的溫度 , (CO+CO2)含量指標的要求對以煤為原料固定層氣化的中小氮肥較為 苛刻 ,所以較難普及。 ㈠ 精制方法介紹及選擇 ① 銅氨液洗滌法 ： 銅洗法精制原料氣方法消耗高 , 主要表現(xiàn)在運行、維修、操作費用 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 13 高 , 物料消耗大 , 銅液在凈化過程吸收了 CO和 CO2, 同時亦溶解了原料氣 H2，致使原料氣耗損，這是不可取的。由此可見 , 對每個吸附器而言，吸附過程是間歇的，必須采用多個吸附器循環(huán)操作。 2)變壓吸附法 ： ① 原理 利用吸附劑對不同氣體的吸附容量隨壓力的不同而有差異的特性，在吸附劑選擇性地吸附的條件下，加壓吸附混合物中的雜質(zhì)組分，減壓解吸這些雜質(zhì)，而使吸附劑得到再生，以達到連續(xù)制取所需產(chǎn)品氣體的目的。表 。 ③ 改良熱鉀堿法 ： 改良熱鉀堿法具有以下特點：凈化度高，技術(shù)成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定可靠，溶劑來源廣，價格低廉，但是吸收能力受到堿濃度限制，對設(shè)備腐蝕大，且二氧化碳再生耗熱量較大。 物理化學(xué)吸收法兼有物理吸收和化學(xué)吸收的特點，方法有環(huán)丁砜法和甲基二甲醇胺法等。 物理吸收法一般用水和有機溶劑為吸收劑，吸收后的溶液可以有效地用減壓閃蒸使大部分二氧化碳解吸。因此，變換氣中二氧化碳的脫除必須兼顧到這兩個方面。脫硫反應(yīng)方程式如下： Na2CO3+H2S→ NaHS+NaHCO3 2NaHS+4NaVO3+H2O→ Na2V4O9+4NaOH+2S↓ ； Na2V4O9+2TQ(氧化態(tài) )+2NaOH+H2O→ 4NaVO3+2THQ(還原態(tài) ) 再生： THQ(還原態(tài) )+O2→ TQ(氧化態(tài) )+H2O 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 10 圖 栲膠法脫硫工藝流程 變換 見重點設(shè)計工序（變換工序）部分的生產(chǎn)方法選擇論證。 本設(shè)計選擇栲膠法脫硫。由于來源不同 ， 丹寧組成也不同 ， 但都是由化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的多羥基芳烴化合物組成 ， 具有酚式或醌式結(jié)構(gòu)。不同的是，氣體不從煙囪放走而送入氣柜，也不加二次空氣?；旌虾螅瑥捻敳窟M入燃燒室，經(jīng)除塵器入爐頂下行。 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 8 在吹蒸汽的同時。在燃燒室內(nèi)燃燒用的二次空氣，是由空氣鼓風(fēng)機出口管上的支管送來的。這樣，在計劃檢修皮帶運輸機時，不致影響燃料的供應(yīng)。 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 7 本設(shè)計造氣基本原理 熱法制半水煤氣分兩個階段。但是由于高溫、高壓的操作條件，對于爐襯材料、熔渣池的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)以及熔渣排出的有效控制都有待于不斷改進。 (3) 液態(tài)排渣魯奇 (BGL)爐 1984 年魯奇公司和英國煤氣公司聯(lián)合開發(fā)了 BGL 液態(tài)排渣魯奇爐，該爐操作壓力～ ，氣化反應(yīng)溫度 1400～ 1600℃ 。 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 5 圖 UGI造氣爐 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 6 (2) Lurgi(魯奇 )加壓氣化爐 魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)是 20 世紀 30年代由聯(lián)邦德國 魯奇公司開發(fā)的，是目前世界上建廠數(shù)量最多的煤氣化技術(shù)。 UGI 爐用空氣生產(chǎn)空氣煤氣或以富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣時 ,可采用連續(xù)式操作方法 ,即氣化劑從底部連續(xù)進入氣化爐，生成氣從頂部引出。 UGI 氣化爐 爐子為直立圓筒形結(jié)構(gòu)。加壓法是常壓法的改進和提高，常用O2與水蒸氣為氣化劑，對煤種適應(yīng)性大大提高。幾乎所有制取工藝都需要在較高的溫度下供給熱量進行，供熱的方式主要有①儲能法：此法是將空氣和水蒸氣分別送入炭層，先送入空氣入爐燃燒煤提高溫度，換言之是將氣化產(chǎn)生的熱量儲存在煤層里，生成的吹風(fēng)氣經(jīng)熱量回收后大 部分放空而后通入蒸汽進行煤氣化反應(yīng)，所得的水煤氣配入部分吹風(fēng)氣即為半水煤氣，由于水蒸氣氣化煤層是吸熱反應(yīng)因而煤層溫度下降故需要重新通入空氣以提高爐溫在通入水蒸氣進行氣化反應(yīng)，使整個制氣過程反復(fù)進行（間歇制氣法）② 富氧制氣法：用富氧空氣或純氧代替空氣進行煤氣化，此氣化法的最大優(yōu)點就是在同爐溫的狀況下可以實 年產(chǎn) 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設(shè)計（論文） 4 現(xiàn)連續(xù)制氣，若用純氧制合成氨原料氣時在后繼工段中需要補充氮氣，使氫氮比滿足工藝要求③由外界供熱。 本設(shè)計以無煙煤為原料制取合成氨原料氣。年平均溫度 ℃ ，年均降水量 ， 年日照時數(shù)在 1253～ 1556 小時 之間 ， 無霜期在 230～ 298 天之間 ， 年 平 均相對濕度 8l％。鐵路運輸：貴 (陽 )昆 (明 )鐵路橫穿東西，株 (州 )六 (盤水 )在區(qū)內(nèi)接軌，內(nèi) (江 )昆 (明 )鐵路縱貫北南，二級三級編組站在區(qū)內(nèi)建成，鐘山區(qū) 地處鐵路運輸?shù)?“ 大十字 ” 交匯處，特別是內(nèi) (江 )昆 (明 )與南 (寧 )昆 (明 )鐵路相接，構(gòu)成了西北各省、區(qū)通達出海口之捷徑 ； 公路運輸：貴 (陽 )煙 (堆山 )、水 (城 )盤 (縣 )、水 (城 )畢 (節(jié) )、水 (城 )煤 (炭包 )、水 (城 )南 (開 )等公路由區(qū)內(nèi)通往四面八方。氨還是常用的冷凍劑之一。 表 原料煤的規(guī)格 灰分 /%(平均 ) 揮 發(fā)份 /% 含硫 /% 發(fā)熱量 /J/g 12% % % 34000 合成氨在國民經(jīng)濟中的地位和用途 氨是一種含氮化合物，氨是化學(xué)