年產(chǎn)萬(wàn)噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設(shè)計(jì)-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 看，目前主要產(chǎn)氮國(guó)中，美、英、法、荷蘭等國(guó)幾乎全部采用天然氣，德國(guó)和日本液態(tài)烴占相當(dāng)比重；上世紀(jì)80年代的資料顯示，國(guó)外合成氨原料中，煤的比重已下降到2%以下；但近年來(lái)，由于天然氣價(jià)格上漲，煤制氨比例有所上升。同時(shí)CO對(duì)氨合成催化劑有嚴(yán)重毒害，也必須除去。由于制取合成氨原料氣所用的原料不同，所選擇的工藝也不一樣，所以原料氣中CO含量也不同。以煤、焦為原料的常壓造氣工廠，很多也改用加壓變換，以降低能耗，用粉煤加壓氣化做原料氣。和氫氣制得合格的變換氣（CO%），以滿足后工段的工藝要求。%～%，由于二氧化碳的除去較一氧化碳要容易的多，這樣就簡(jiǎn)化了煤氣的精制過(guò)程。變換率的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)中溫變換實(shí)現(xiàn)的，能量回收是利用第二熱水塔，飽和熱水塔等設(shè)備回收能量。變換反應(yīng)使等分子反應(yīng)，因此從反應(yīng)平衡看，提高變換壓力，對(duì)反應(yīng)平衡沒有影響。由固體原料間歇制氣制得的半水煤氣中含有CO（%），CO并不是合成氨生產(chǎn)的原料氣反而會(huì)使合成氨觸媒中毒。② 反應(yīng)為一放熱反應(yīng)：降溫時(shí)反應(yīng)向右移動(dòng)，有利于CO變換，但觸媒只有在一定溫度下才具有較高的活性，所以，一般操作溫度都是根據(jù)觸媒活性溫度的不同而不同。同時(shí)，蒸汽用量過(guò)多，會(huì)使?fàn)t溫不好控制而且不經(jīng)濟(jì)，所以要有適當(dāng)?shù)恼羝龋凶儾僮鲿r(shí)適宜的水蒸氣比例一般為：H2O/CO=3～5。進(jìn)第一段催化反應(yīng)后溫度升高到460～500℃，冷激后依次通過(guò)二、三段，氣體離開變換爐的溫度為400～410℃，CO變換率達(dá)90%，殘余CO含量為3%左右。 中溫變換爐物料及熱量計(jì)算(1) 干變換氣量及變換率的計(jì)算設(shè)氧與氫在變換爐一段催化劑內(nèi)完全燃燒生成水，由知，實(shí)際參加CO變換反應(yīng)的半水煤氣量為① 則實(shí)際參加CO反應(yīng)的半水煤組分（干）為組分CO2COH2N2CH4O2合計(jì)214510725133655940330032505則CO總變換率為:變換氣中CO含量為 ② 則變換氣組分（干）為組分CO2COH2N2CH4O2合計(jì)(2) 總蒸汽比計(jì)算以的干半水煤氣為計(jì)算基準(zhǔn)，設(shè)中溫變換爐出口變換氣溫度為415℃，平衡溫距取25℃，則℃CO變換反應(yīng)式為： 則CO反應(yīng)量 查手冊(cè)[1]，知440℃時(shí) 則總需要的蒸汽量為(3) 中變爐一段催化劑層物料及熱量計(jì)算a. 一段平衡轉(zhuǎn)化率 帶入數(shù)據(jù)求得b. 入爐蒸汽比（汽/氣）計(jì)算由上面求得CO在一段催化劑層轉(zhuǎn)化率，70%的半水煤氣進(jìn)入一段催化劑層，30%的半水煤氣作為一段出口氣的冷激氣。f. 最適宜溫度曲線計(jì)算最適宜溫度曲線由下式作出以B109催化劑的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。e. 二段催化劑平衡曲線計(jì)算根據(jù)中變爐二段入口中蒸汽比（汽/氣），由式 計(jì)算各溫度下的平衡變換率列于下表/℃370380390400410420430式中由資料[2]查的，用表中數(shù)據(jù)作圖即得平衡曲線（），氣體組分及蒸汽比不同時(shí)，則計(jì)算的平衡變換率亦不相同。CO反應(yīng)熱② 出熱氣體溫升吸熱設(shè)氣體溫升為Δt，氣體在平均溫度408℃下查資料[2]圖461～圖468計(jì)算得到平均摩爾熱容為 熱損失設(shè)合計(jì)熱平衡： ∴℃氣體出口溫度為t=400+15=415℃與前面所假設(shè)溫度一致。g. 操作線計(jì)算由三段催化劑變化率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知三段入口氣體溫度400℃三段出口氣體溫度415℃%%由此可作出一段催化劑反應(yīng)的操作線（）。 b. 二段催化劑用量計(jì)算二段催化劑采用B109催化劑入口條件（干氣）：CO%=%，CO2%=%，H2%=%汽/氣=溫度：400℃出口條件：CO（干）%操作壓力：2MPa（表）根據(jù)已知條件計(jì)算結(jié)果如下表所列催化劑重量%CO變換率%氣體中CO含量（干）%氣體中汽/氣比R催化劑重量%CO變換率%氣體中CO含量（干）%氣體中汽/氣比R0601070208030904010050當(dāng)變換氣中CO含量(干)%時(shí)，計(jì)算催化劑床層空速為1538折算成催化劑床層體積空速為c. 三段催化劑用量計(jì)算二段催化劑采用B109催化劑入口條件（干氣）：CO%=%，CO2%=%，H2%=%汽/氣=溫度：408℃出口條件：CO（干）%操作壓力：2MPa（表）同理求得中變催化劑總用量(2) 催化劑床層直徑的確定變換爐設(shè)計(jì)應(yīng)考慮催化劑床層的阻力降。要求填料阻力 (即15mmH2O)/m填料氣體流量為了與熱水塔直徑一致。e. 填料高度計(jì)算① 理論板當(dāng)量高度由于矩鞍環(huán)是一種新型填料，對(duì)于塔板當(dāng)量高度還未見到合適的計(jì)算公式，根據(jù)資料[2]推薦的意見，矩鞍形填料的高度可粗略不計(jì)取為相應(yīng)條件下拉希環(huán)與鮑爾環(huán)高度的中值。各有關(guān)數(shù)據(jù)如下：操作狀態(tài)下入口氣量水的粘度水在99℃時(shí)50瓷矩鞍環(huán)水的則由文獻(xiàn)[5]圖1111查得氣體流量b. 理論塔板數(shù)① 平衡線計(jì)算計(jì)算出80～120℃變換氣（濕）的焓，并列于下表溫度℃蒸汽熱焓i(kcal/kg)飽和蒸汽壓 (105Pa)(絕)干氣比容kcal/(kg?℃) (105Pa)(絕)飽和氣濕含量Kg(汽)/kg(干氣)飽和氣熱含量kJ/kg80859095100105110115120由上面的數(shù)據(jù)作得平衡線（）。一改以往中溫串低溫的工藝流程，大膽的采用中溫三段變換，用30%原料氣冷激一段出來(lái)的變換氣，二段變換氣經(jīng)過(guò)換熱器換熱后再進(jìn)入三段催化劑床層的工藝流程。 參考文獻(xiàn)[1] 沈浚,朱世勇,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001,428～444.[2] 梅安華,汪壽建,[M](上冊(cè)).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995.[3] [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998.[4] (上冊(cè))[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.[5] [M].北京:石油化學(xué)工業(yè)出版社,1979.[6] 馬瑞蘭,[M].上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1999.[7] [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.[8] 周學(xué)良,秦永寧,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.[9] [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.[10] 湯善甫,(第二版)[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2004.
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