年產(chǎn)4萬(wàn)噸合成氨變換工段工藝步設(shè)計(jì)方案-免費(fèi)閱讀
【正文】 在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。M/181。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容：物質(zhì)abcdCH4計(jì)算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4CpCpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q1=**（365+273）=水的帶入熱Q2:水在20℃時(shí)Cp= kJ/（kmol.℃）Q2=X*(20+273)*=*X出熱：變換氣在出口溫度為250℃，T=523K時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)》知CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式：Cp=a+b+CT2來(lái)計(jì)算熱容。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105CH4可用公式Cp=a+b+cT2+dT3來(lái)計(jì)算熱容：物質(zhì)abcdCH4計(jì)算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4Cp Cpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q2=**（365353）=熱損失：Q3=Q1Q2= kJ 低變爐的物料與熱量計(jì)算：進(jìn)低變爐的濕組分:組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml進(jìn)低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml：要將CO％％（濕基）以下，則CO的實(shí)際變換率為： ％=100=％則反應(yīng)掉的CO的量為：％= M3(標(biāo))= koml出低溫變換爐CO的量：= M3(標(biāo))=出低溫變換爐H2的量： += M3(標(biāo))= koml出低溫變換爐H2O的量：= M3(標(biāo))=出低溫變換爐CO2的量: += M3(標(biāo))=出低變爐的濕組分：組 分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml出低變爐的干組分：組 分CO2COH2N2CH4合計(jì)含量％100M3(標(biāo))koml對(duì)出低變爐的變換氣溫度進(jìn)行估算：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==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℃：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H2H2OCOCO2Ht（kcal/kmol）Ht（kJ/kmol）放熱： CO +H2O=CO2+H2 （1）△H1=（∑Hi）始－（∑Hi）末 = kJ/kgQ1=*= 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(lái)計(jì)算熱容。為簡(jiǎn)化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱(chēng)生成焓）計(jì)算。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。中變爐工藝 常見(jiàn)的變換爐，一般設(shè)為三段床層上面的理論分析可知，一段宜采用低汽氣比，但考慮到催化劑的操作溫度，往往還是加入比較高的蒸汽量。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。（4）一氧化碳的變換 一氧化碳變換是在一定溫度、壓力下，是半水煤氣鎮(zhèn)南關(guān)的CO在催化劑作用下，與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為和達(dá)到出去絕大部分CO，同時(shí)制得等量的，一氧化碳變換即使原料氣的凈化過(guò)程，又是原料氣制造的繼續(xù)，使用于一氧化碳含量較多的原料氣中，此法可脫除大量CO,并轉(zhuǎn)化成有效成分H2。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。目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從80年代中期發(fā)展起來(lái)的。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。首先，在反應(yīng)初期，x值很小，但對(duì)應(yīng)的Tm很高，且已超過(guò)了催化劑的耐熱溫度，而此時(shí)，由于遠(yuǎn)離平衡，反應(yīng)的推動(dòng)力大，即使在較低溫度下操作仍有較高的反應(yīng)速率，其次，隨著反應(yīng)的進(jìn)行x不斷升高，反應(yīng)熱不斷放出，床層溫度不斷提高，而依據(jù)最適宜曲線，Tm卻要求不斷降低，因此，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)從催化床中不斷移出適當(dāng)?shù)臒崃?，使床層溫度?fù)荷Tm的要求，生產(chǎn)上控制變換反應(yīng)溫度應(yīng)遵循如下兩條原則： 應(yīng)在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)操作催化床層溫度，入口溫度高于催化劑的起始活性溫度20℃左右，熱點(diǎn)溫度低于催化劑的耐熱溫度，在滿(mǎn)足工藝條件的前提下，精良維持低溫操作，隨著催化劑使用時(shí)刻的增長(zhǎng)，因催化劑活性下降，操作溫度應(yīng)適當(dāng)提高。但是提高壓力將使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過(guò)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。一氧化碳變換反應(yīng)式為：CO+H2O=CO2+H2+ (11) CO+H2 = C+H2O (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。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。變化反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。由于氨凈值（指合成塔進(jìn)出口氨含量之差）降低的程度比空速的增大倍數(shù)要少，所以當(dāng)空速增加時(shí)，氨合成的生產(chǎn)強(qiáng)度（是指單位時(shí)間內(nèi)、單位體積催化劑上生成氨的量）有所提高，即氨的產(chǎn)量有所增加。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。液氨洗滌可以同時(shí)脫除一氧化碳和甲烷，氣體凈制程度較高，但需要空氣分離裝置，此法主要用在焦?fàn)t分離以及重要部分氧化、煤富氧化的制氨流程中，（2）一氧化碳甲烷化法 甲烷化是60年代開(kāi)發(fā)的新方法，它是在一定溫度和催化劑存在時(shí)，使原料氣中的一氧化碳與氫作用而生成甲烷，這種方法流程簡(jiǎn)單，不消耗化學(xué)品，催化劑壽命長(zhǎng)達(dá)2—5年。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)強(qiáng)圈（或膨脹節(jié)），當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。理論分析 中變爐是變換工段的主要設(shè)備，對(duì)其設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足低汽氣比的要求，從理論上分析，才入爐的反應(yīng)初期，離平衡比較遠(yuǎn)，可逆反應(yīng)速率起主導(dǎo)作用，當(dāng)汽氣比增加時(shí)，除增加反應(yīng)物含量外，還造成反應(yīng)物CO濕含量的降低，對(duì)反應(yīng)速率的降低起主導(dǎo)作用，因此，在保證觸媒安全的前提下，反應(yīng)初期并不要求很高的汽氣比，實(shí)際上反應(yīng)速率是隨汽氣比的增高而降低的。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿(mǎn)足的工藝生產(chǎn)的要求。中變的平均溫距為397℃365℃=32℃中變的平均溫距合理，故取的H2O/CO可用。查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》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。熱容的單位為kJ/（kmol.℃）物質(zhì)COH2H2OCO2N2a30b/103c/105計(jì)算結(jié)果：組分COH2CO2H2ON2CH4CpCpm=∑Yi*Cp=（kmol.℃）Q3=**（330+273）=水的帶出熱Q4:水在335℃，T=603K時(shí)的熱容為：Cp= kJ/（kmol.℃）Q4=X**（330+273）=熱損失Q5:Q5=*(Q1+ Q2)熱量平衡：*(Q1+ Q2)=
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