【正文】 RKPH2(C)CO(A)CO2(D)H2O(B)N2+Ar+CH4合計爐入口100700一層出口100爐出口100催化劑用量計算= （1）而 lgk = 176。X=30X+30X= kcal／h= kJ／hQ熱負荷=106 kJ／hQ煙氣帶走熱=∑niX=105X= kJ／h空氣組成平均熱容（0～30℃)如下表：組 分YiCPi(0～30℃) kcal／kmol℃= kJ／kmolA. 列元素平衡關(guān)系式（各未知數(shù)表示與一段轉(zhuǎn)化爐相同）得：C平衡 ++=nCO+nCO2 +化簡為 =nCO+nCO2 + （1）H2平衡+2+（+）=nH2+2+（+′H2O）化簡為 =nH2+ n′H2O （2）O2平衡++（+）+=nCO2+nCO+(+′H2O)化簡為 =nCO+′H2O （3）進出二段爐總物料守衡 V=nCO+nCO2+nH2+nN2+nAr+nCH4代值化簡為 =nCO+nCO2+nH2++ （4）設出口條件下CO變換反應達到平衡則在1003℃下 （5）設出口（摩爾比） 即 （6）（1）（4）得 V=++nH2 （7）由（7）式得 nco+nH2=則 nco =（+）nH2化簡得 nco=+ nH2 （8）將（7）（8）代入（1）式得=+ nH2+ nCO2+（++ nH2）化簡得 nCO2=+ （9）將（7）代入（2）得 n′H2O= nH2+ （10）將（8）（9）（10）代入（3）得 y= nH2 （11）將上式分別代入（8）（9）（10）得nco=+（ nH2） nH2化簡得 nco= nH2 （12）nCO2= （13）n′H2O= nH2+（ nH2）化簡得 n′H2O= （14）nH2O=+ n′H2O=+（ nH2） nH2+化簡得 nH2O= nH2 （15）將（12）（13）（14）（15）代入（5）式得化簡得 +=0解之得nH2= kmol／hnco= kmol／hnCO2= kmol／hnH2O= kmol／hy=故二段爐入口空氣組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hkg/hN278O221Ar1合計100補加的水蒸氣量為 Q== kmol/h二段爐出口總干氣為V=++nH2= kmol/h 殘余甲烷含量為nCH4=％= kmol/h轉(zhuǎn)化掉的水量nH2O== kmol/h二段轉(zhuǎn)化爐出口氣組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hkg/hCOCO2H2CH431．2439499．9N2Ar干氣H2O合計B. 二段轉(zhuǎn)化爐平衡溫距的計算二段爐出口處絕對壓強 P=+= Mpa則 kpCH4 === =查[2]，對應溫度 t=℃則平衡溫距 △t==℃C. 二段轉(zhuǎn)化爐理論氫空速的計算以1atm、60℉（℃）為計算基準設計轉(zhuǎn)化爐內(nèi)觸媒裝填量V′ SVH2=代值得SVH2 == h1該流程設計參考值為3500 h1 。（3）交通優(yōu)勢 四通八達的道路交通是基地的一大突出優(yōu)勢，銀川青島高速公路及307國道橫貫基地；大古鐵路連接包蘭、寶中鐵路與京包、隴海線連通可輻射全國，即將開工建設的銀川太原鐵路又形成一條橫穿基地的外運大通道；銀川河東機場距基地中心區(qū)僅30公里，每日航班達50余次，通往北京、上海、廣州、西安、太原、濟南、青島、蘭州等重要城市。含CO的原料合成氣經(jīng)換熱器降溫， MPa、溫度371℃下進入高變爐（因原料氣中水蒸氣含量較高，一般不需要加蒸汽）。 工藝流程的選擇本設計主要是轉(zhuǎn)化和變換工序的工藝設計，所選流程為：脫 硫壓 縮壓 縮一段轉(zhuǎn)化二段轉(zhuǎn)化高溫變換低溫變換天然氣空氣水蒸氣變換氣去甲烷化天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化和變換工序是合成氨生產(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)出合格的變換氣，是后面的所有工序正常運轉(zhuǎn)的前提條件。天然氣作為化石能源中污染最少的能源，熱值相應高于煤炭與石油。近年來我國天然氣勘探取得了重大突破，陸上已在川渝、陜甘寧、新疆和青海形成四大氣區(qū)；海上氣田以渤海、南海西部地區(qū)和東海西湖凹陷作為重點勘探和增加產(chǎn)量的地區(qū)。目前，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數(shù)一般為12%～40%，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。氨合成反應在較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有10%～20%，故采用未反應氫氮氣循環(huán)的流程。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分數(shù))?！　〈衷蠚饨?jīng)CO變換以后，變換氣中除H2外，還有COCO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。(2)凈化對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。中國是世界上人口最多的農(nóng)業(yè)大國，為了在2000年氮肥產(chǎn)量達到基本自給自足，最近十年先后陸續(xù)引進14套具有20世紀90年代先進水平的年產(chǎn)300kt合成氨成套設備，同時從20世紀70年代起，我國開始了大型合成氨成套裝置的自行設計、自行制造工作，第一套年產(chǎn)30萬噸的合成氨裝置于80年在上海建成投產(chǎn)。中國合成氨工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段。因此，用“可編程序控制器”（PC）這一名稱較為確切。自從20世紀70年代計算機技術(shù)應用到合成氨生產(chǎn)以后，操作控制上產(chǎn)生了飛躍。整個生產(chǎn)過程還需消耗較多的電力、蒸汽等二次能源，而用量又很大。(二) 生產(chǎn)規(guī)模大型化20世紀50年代以前，氨合成塔的最大能力為日產(chǎn)200t氨，到60年代初期為400t。但石腦油價格比天然氣高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到一定限制。傳統(tǒng)方法還是采用高溫下將各種燃料和水蒸氣反應制造氫。隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其它化工產(chǎn)品的氨用量也在增長。合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。氨的主要物理性質(zhì)有：極易溶于水，溶解時放出大量的熱。另外，就是盡量減少設備投資費用。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。工藝計算部分主要包括轉(zhuǎn)化段和變換段的物料衡算、熱量衡算、平衡溫距及空速計算。 transformation。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內(nèi)能夠發(fā)生爆炸。液氨常用作制冷劑。氣和水到處都有，而且取之不盡。到20世紀60年代末，國外主要產(chǎn)氨國都已先后停止用焦炭、煤為原料，而以天然氣、重油等為原料，天然氣所占比重不斷上升。只要資源條件具備作為合成氨的原料。因此大型氨廠通常是指日產(chǎn)600t級，日產(chǎn)1000t級和日產(chǎn)1500t級的三種。20世紀60年代以前的過程控制多采取分散方式，在獨立的幾個車間控制室中進行。需要的數(shù)據(jù)、流程都可隨機或定時在打印機上打印和彩色硬拷貝機上拷貝。此外在上海還有一個電解水制氫生產(chǎn)合成氨、硝酸的小型車間。第三、大型氨廠的崛起20世紀70年代是世界合成氨工業(yè)大發(fā)展時期。 合成氨的典型工藝流程介紹合成氨的生產(chǎn)過程包括三個主要步驟：原料氣的制備、凈化和壓縮和合成。因此，CO變換反應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。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。CH4+H2O→CO+3H2CH4+2H2O→CO+4H2二段轉(zhuǎn)化爐出口氣體溫度約950～1000 ℃，殘余甲烷含量和（H2+CO）/N2比均可達到指標。 首先，我國天然氣資源比較豐富，寧夏地區(qū)有得天獨厚的區(qū)位優(yōu)勢。天然氣作為一種清潔優(yōu)質(zhì)的能源，在我國改善能源結(jié)構(gòu)，以及我國在大力推動低碳經(jīng)濟發(fā)展的過程中，獲得了前所未有的大發(fā)展?？梢?，在這4種原料中，以煤為原料制氨成本最低,然而，以煤為原料合成氨能耗遠大于天然氣（見表11）。～ MPa，也配入少量水蒸氣，然后進入對流段的工藝空氣加熱盤預熱到480℃左右，進入二段爐頂部與一段轉(zhuǎn)化氣匯合，在頂部燃燒區(qū)燃燒、放熱，溫度升到1200℃左右，在通過催化劑床層時繼續(xù)反應并吸收熱量，離開二段轉(zhuǎn)化爐的溫度約為1000℃左右， MPa，％。 工廠的選址本設計合成氨廠選址為位于寧夏回族自治區(qū)靈武市境內(nèi)的寧東能源重化工基地。2 設計工藝計算 轉(zhuǎn)化段物料衡算原料氣（入加氫轉(zhuǎn)化器天然氣）組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hkg/hCH489．00C2H65．001680．00C3H8C4H10C5H12N2∑干1120．00循環(huán)氫氣組成如下表：組 分kmol/hkg/hN2545H2117Ar9CH413合 計78．80684出加氫器氣體組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hCH4C2H656C3H8C4H10C5H12N2H2Ar合 計 一段轉(zhuǎn)化爐的物料衡算計算數(shù)據(jù)依據(jù)：水碳比R=一段爐出口甲烷含量設計為10％一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度：822℃一段轉(zhuǎn)化爐出口壓力：（表壓）A. 物料衡算：總碳流量：∑C=+562+3+4+5=水碳比：R=故加入水蒸汽量：nH2O==設一段轉(zhuǎn)化爐出口CO、COH2的含量分別為nCO、nCO2和nH2，干轉(zhuǎn)化氣總量為V kmol/h,轉(zhuǎn)化消耗水蒸汽量為n′H2O kmol/h。在此條件下，／cm2 則 nH2O== kmol／kmol混合燃料混合燃料氣煙氣組成：nO2=+= kmol／kmol混合燃料nN2=++= kmol／kmol混合燃料nAr =+= kmol／kmol混合燃料nH2O =+= kmol／kmol混合燃料nCO2=+= kmol／kmol混合燃料煙氣平均熱容如下表：