年產(chǎn)萬噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設(shè)計-免費閱讀
【正文】 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的變換氣，二段變換氣經(jīng)過換熱器換熱后再進(jìn)入三段催化劑床層的工藝流程。e. 填料高度計算① 理論板當(dāng)量高度由于矩鞍環(huán)是一種新型填料，對于塔板當(dāng)量高度還未見到合適的計算公式，根據(jù)資料[2]推薦的意見，矩鞍形填料的高度可粗略不計取為相應(yīng)條件下拉希環(huán)與鮑爾環(huán)高度的中值。 b. 二段催化劑用量計算二段催化劑采用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，計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)計應(yīng)考慮催化劑床層的阻力降。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計算得到平均摩爾熱容為 熱損失設(shè)合計熱平衡： ∴℃氣體出口溫度為t=400+15=415℃與前面所假設(shè)溫度一致。f. 最適宜溫度曲線計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)行計算。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。② 反應(yīng)為一放熱反應(yīng)：降溫時反應(yīng)向右移動，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。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，對反應(yīng)平衡沒有影響。%～%，由于二氧化碳的除去較一氧化碳要容易的多，這樣就簡化了煤氣的精制過程。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。同時CO對氨合成催化劑有嚴(yán)重毒害，也必須除去。一些先進(jìn)企業(yè)現(xiàn)在生產(chǎn)每噸合成氨的排水量，已從過去的50至60噸降到3至5噸，噸氨電耗降幅也達(dá)60千瓦時左右。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中舉足輕重。以做到物盡其用，減少排放對環(huán)境的污染，提高企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。為了進(jìn)一步回收余熱，氣體進(jìn)入第二熱水加熱器（即鍋爐給水預(yù)熱器），溫度降到70～80℃，最后經(jīng)冷凝塔冷卻到常溫返回壓縮機加壓。因此，當(dāng)變化反應(yīng)開始時，反應(yīng)物濃度大，提高溫度，可加快變換反應(yīng)，在反應(yīng)的后一階段，二氧化碳和氫的濃度增加，逆反應(yīng)速度加快，因此，需降低反應(yīng)溫度，使逆反應(yīng)速度減慢，這樣可得到較高的變化率。2008屆化學(xué)與材料工程系《化工工藝設(shè)計任務(wù)書》課題名稱年產(chǎn)8萬噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設(shè)計類型化工工藝設(shè)計導(dǎo)師職稱課題來源課題內(nèi)容變換工段在合成氨生產(chǎn)起的作用既是氣體凈化工序，又是原料氣的再制造工序，經(jīng)過變換工段后的氣體中的CO含量大幅度下降，符合進(jìn)入甲烷化或者銅洗工段氣質(zhì)要求。但降溫必須與反應(yīng)速度和催化劑的性能一并考慮，反應(yīng)溫度必須在催化劑的使用范圍內(nèi)選擇。變換工段化學(xué)工藝設(shè)計原則1. 年產(chǎn)8萬噸合成氨2. 如工序氣體流量：33000Nm3/h，（干基）壓力：，溫度：40℃3. 入口氣體成分：CO%=%，CO2%=%，H2%=%，N2%=18%，CH4%=%，O2%=%（體積比）4. 出口氣體成分：CO%=%（體積比）教研室意見該設(shè)計符合化工工藝設(shè)計要求，同意接受此設(shè)計！第1章 引言 氨在國民經(jīng)濟中的地位與作用合成氨工業(yè)使基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一。已成為當(dāng)今合成氨工業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。 合成氨生產(chǎn)的新進(jìn)展世界需求氮肥（折氮量）2003年1112108t增加到2007年1250108。據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會化工防治污染技術(shù)協(xié)會介紹，我國氮肥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平與市場競爭力雖然有了很大提高，但是氮肥工業(yè)仍然是我國耗能和用水大戶，全行業(yè)年耗天然氣高達(dá)110億立方米，占全國總消費量的22%，%，%，耗水27億噸，平均噸氨耗水達(dá)58噸，因此在降耗節(jié)能和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟上，仍有巨大潛力可挖。最好的辦法使提高CO變換率。CO變換流程，對與固定層煤氣化裝置配套時，所用設(shè)備較多。同時，經(jīng)過回收后可以作為生產(chǎn)尿素、純堿等的原料，因此，一氧化碳變換反應(yīng)在合成氨工業(yè)中具有重要的意義。但加壓對析碳等副反應(yīng)卻是有利的。一般中變溫度為300～500℃③ 此為一可逆反應(yīng)：增加反應(yīng)物濃度可促進(jìn)正反應(yīng)進(jìn)行，故增加反應(yīng)物蒸汽的量可以使反應(yīng)向右進(jìn)行，有利于提高變換率，且過量的水蒸氣還起到熱載體的作用。變換氣經(jīng)熱交換器加熱原料氣，再經(jīng)第一熱水加熱器加熱熱水，然后進(jìn)入熱水塔進(jìn)一步冷卻、減濕，溫度降到100～110℃。由于B109催化劑CO變換的逆反應(yīng)活化能為：對于變換反應(yīng)r=1，則為反應(yīng)熱，取其平均溫度403℃下的值，即 求得不同下的值如下表以上面的數(shù)據(jù)作出最適宜溫度曲線（） g. 操作線計算由一段催化劑變化率及熱平衡計算結(jié)果知一段入口氣體溫度320℃一段出口氣體溫度485℃一段入口CO變換率0%由此可作出一段催化劑反應(yīng)的操作線（） 一段操作的平衡曲線、最適宜溫度曲線及操作線(4) 中變爐二段催化劑層物料及熱量計算設(shè)中變一段爐出口氣體經(jīng)過30%的半水煤氣冷激后溫度為400℃中變二段爐進(jìn)口氣體溫度為370℃則氣體從400℃降到370℃的平均溫度為385℃，查得385℃（kmole. 三段催化劑平衡曲線計算計算各溫度下的平衡變換率列于下表/℃400402404406408410412414416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，則計算的平衡變換率亦不相同。阻力降與設(shè)備直徑及催化劑床層高度有關(guān)。φ50鮑爾環(huán)推薦的等板高度（H、E、T、P）為700～750mm，考慮到飽和塔直徑較大，氣液分布不如小塔或試驗條件。經(jīng)過計算，我們發(fā)現(xiàn)三段出來的變換氣中的CO%=%，沒有達(dá)到出口氣CO%=4%的要求，可以看出單純的中溫變換已難以完成工藝要求，故越來越多的企業(yè)選擇中串低的流程。 飽和熱水塔塔板計算圖第3章 設(shè)備一覽表序號名稱規(guī)格數(shù)量/臺材料重量kg1飽和熱水塔Φ2200H=237351鋼46643填料5050瓷矩鞍環(huán)其中填料
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