【正文】 u=Kp(A+B)+(C+D)=(+)+(+)= V=KpABCD=()()= 2 ??????? wvuq (58) X== hquququwxquwxqkK P50) 8 0 9 8 0 9 2 0 0 0)ln22ln???????????????????????????（（?VR=9.644105164000= 二段催化劑用量的計(jì)算： t 入 =285℃ t 出 =337℃ 平均溫度為 311℃ （ 584K) ??Kp Kp= 根據(jù) ??K 33 ./1637 6 mhNmk ? W=Kp1= u=Kp(A+B)+(C+D)=(+)+(+)= V=KpABCD== 22 ??????? wvuq （ 59） X== h50) 5 9 9 5 9 9 6 3 7 6 ???????????????? （? VR=104164000= 21 催化劑床層直徑的確定 一段催化劑床層直徑的確定 催化劑顆粒為md s 3104,44 ????? 進(jìn)入一段催化劑氣體的平均溫度為 370℃ 進(jìn)入一段變換爐的氣體量：skmolhskmolNm hNm /?? (510) 進(jìn)入一段變換爐氣體的摩爾質(zhì)量： +++++33=(511) 進(jìn)入一段變換爐的氣體流量： ????????????????? 100101 . PPTTVV =sm / 12986433600164000 3??? (512) 一般空塔氣速為 ～ sm/ ，這里選擇為,/ smu ? 則：muVD 1 ????? ? (513) 將塔徑圓整，塔徑取為 D= 42??? ?L (514) 進(jìn)入一段催化劑氣體的質(zhì)量： m1=3111 / mkgVm ???? (515) 32211 / mkgmG ????? ?? (516) smGu / ??? ? (517) C? =?+++ 22 ++= CP (厘泊 ) (518) Tr= Pr= 查普遍化粒度圖： μr= μ= C? .μr ===105kg/ (519) 1189)( )1(Re 53 ???? ????? ???? Gdm s (520) ??? emm Rf (521) M pasmkgld ufpsfm0 ./1 15 9 2 )4 37 (8 76 )1((2332320?????? ???????? ?? ?? (522) 二段催化劑床層直徑的計(jì)算 進(jìn)入二段催化劑的平均溫度為 311℃ 進(jìn)入二段催化劑的摩爾質(zhì)量： +++++=進(jìn)入二段催化劑氣體的質(zhì)量： m2==進(jìn)入二段變換爐的氣體流量： smPPTTVV / 12985843600164000 3200202 ????????????????????? （ 523） 一般空塔氣速為 ～ sm/ ，這里選擇為,/ smu ? 則：muVD 1 ????? ? （ 524） 圓整mD ? ml 42??? ? 3222 / mkgVm ???? 23 1240)( )1(Re 53 ???? ????? ???? Gdm ssmmG /4 2222 ????? ?? （ 525） SMGu / ??? ? （ 526） C? =?+?+++ += CP (厘泊 ) Tr= Pr= 查普遍化粒度圖： μr= μ= C? .μr ===105kg/ （ 527） ??? emm Rf （ 528） Mpasmkgp ./ )(104 )( 233 2 ?????? ???? ?? 因?yàn)?△ P 取催化劑半徑為 m 24 第 六 章 中溫變換爐結(jié)構(gòu)的計(jì)算 變換爐設(shè)計(jì)條件 （ 1）塔體內(nèi)徑 Di=3200mm,塔高 H=12700mm。而我們?cè)O(shè)計(jì)所選用的催化劑 QCS04 的活性溫度范圍是200~ 480℃ 。同時(shí)，段間熱量的及時(shí)移出有利于反應(yīng)的進(jìn)行。 鐵鉻系高變催化劑雖然對(duì)工藝氣中低濃度的硫化物不敏感，但是硫化物濃度太高，高于 500106，則催化劑會(huì)產(chǎn)生硫中毒（反 應(yīng)為 Fe3O4+3H2S=3FeS+4H2O），生成的 FeS 在水蒸氣和高溫的作用下，又會(huì)發(fā)生分解而放出 H2S，從這個(gè)意義上說(shuō)，高變催化劑硫中毒是可逆的，當(dāng)原料氣中的硫含量降到很低時(shí)，催化劑的中毒現(xiàn)象可基本消失，但是 FeS 的生成和分解，使催化劑的強(qiáng)度下降，因此當(dāng)原料氣中硫含量較高時(shí)，不宜選用。 工藝條件對(duì) CO 含量的影響 除催化劑、反應(yīng)熱以外，對(duì)一氧化碳變換反應(yīng)產(chǎn)生影響的還有反應(yīng)溫度、水蒸氣、CO壓力等工藝條件。合理選擇變換工藝應(yīng)考慮以下因素：半水煤氣、水和蒸汽的質(zhì)量；半水煤氣中硫化氫含量；變換氣中 CO含量要求；對(duì)變換后續(xù)工段的影響；企業(yè)現(xiàn)有的管理水平和操作水平。 6 第 二 章 設(shè)計(jì)說(shuō)明 設(shè)計(jì)目的 本設(shè)計(jì) 為年產(chǎn)三十萬(wàn)噸合成氨裝置中的一氧化碳變換工序，目的是為了提高從造氣工序生產(chǎn)出的粗煤氣中的氫含量，降低其中的一氧化碳含量。該工藝特別適用于管理水平高、設(shè)備小又需大幅提高生產(chǎn)能力的廠家。 80 年代中期上?；ぱ芯吭洪_(kāi)發(fā)了 中串低 變換工藝，并于 1989 年通過(guò)原化工部技術(shù)鑒定。 一氧化碳變換在合成氨中的意義 用不同燃料制得的合成原料氣，均 含有一定量的一氧化碳。 合成氨生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介 氨的合成，首先必須制備合格的氫、氮原料氣。 氨易于很多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，例如 ,在鉑催化劑作用能與氧反應(yīng)生成 NO。人們?cè)诖蠹s 100cm/m氨的環(huán)境中，每天接觸 8h會(huì)引起慢性中毒。從氨可以制的硝酸，進(jìn)而再制造硝酸銨、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纖維素等。經(jīng)過(guò) 50 多年的努力，中國(guó)已擁有多種原料。 關(guān)鍵詞： 合成氨 ； 一氧化碳 ； 變換 ； 催化劑 II Process Design of Synthetic Ammonia 300000 tons about Coalgas Conversion Abstract： The instruction is the design of the 300,000 tons of synthetic ammonia about crude gas shift section process design, transformation section is an important part of the ammonia. Describes the basic nature and application of ammonia and the development of synthesis section historical, the synthesis transformation process was optimizated . This design uses medium variable low variable tandem process,medium change furnace use two catalysts, hypoallergenic furnace use one catalysts. Part of the process of the device have been calculated, successively transformed furnace gas has been transformed material balance, heat balance, determined the furnace in two variable amount of the catalyst bed and diameter to determine the furnace structural and dimensions of the device。 介紹氨的基本性質(zhì) 和用途，闡述了合成工段發(fā)展歷史，優(yōu)化出了合成變換的工藝流程。 catalyst. 1 引言 中國(guó)合成氨是在 20 世紀(jì) 30 年代開(kāi)始的，但當(dāng)時(shí)僅在南京、大連兩地建有氨廠，最高年產(chǎn)量不超過(guò) 50kt（ 1941 年）?，F(xiàn)在約有 80%的氨用來(lái)制造化學(xué)肥料，其余作為其他化工產(chǎn)品的原料。因此，一氧化碳變換既是原料 氣的凈化過(guò)程，又是原料氣制造的繼續(xù)。 氨是一種可燃性物質(zhì)，自燃點(diǎn)為 630℃ ，一般較難點(diǎn)燃。由于大型合成氨裝置的優(yōu)越性， 1972年 2 月中國(guó)作出了成套引進(jìn)化學(xué)肥料和設(shè)備的決定。我 國(guó)生產(chǎn)合成氨的原料有 2/3 是煤炭。第二步是少量殘余的一氧化碳再通過(guò)其他凈化法加以脫 除 [3]。 90 年代初，湖北化學(xué)所和湖北省化肥協(xié)會(huì)率先把全低變工藝用于小合成氨廠的變換技改。中低低變換工藝是在吸收中串低和全低變的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)化肥企業(yè)的管理水平而發(fā) 5 展起來(lái)的一種變換工藝。在要求變換氣中 CO 濃度一定的條件下，降低反應(yīng)溫度是 降低蒸汽用量的必要手段。 ③ 操作運(yùn)行：煤氣冷激流程操作簡(jiǎn)單，但需防止中變下段發(fā)生偏流，造成床層漏氧，引起低變一段催化劑中毒失活，爐內(nèi)噴水冷激操作要求高，冷激水最好能用脫氧軟水，噴水冷激裝置既要達(dá)到所需的噴淋量，又要保證霧化好，以免中變下段催 化劑粉化和結(jié)塊。 （ 3） CO2 含量的影響 ： 如果在每次反應(yīng)后除去 CO2，則反應(yīng)向生成 H2 的方向移動(dòng)，但是這樣會(huì)導(dǎo)致流程復(fù)雜，設(shè)備增多 （ 4）壓力的影響 ： 從理論上講，壓力對(duì)變換反應(yīng)無(wú)多大影響，因?yàn)樽儞Q反應(yīng)是 氣體等分子反應(yīng)。 能夠?qū)⒂袡C(jī)硫降解為無(wú)機(jī)硫，從而使硫化物從工藝系統(tǒng)脫除后便于回收利用 [8]。 核算蒸汽量 核算： 被蒸汽飽和后 的粗煤氣中的水蒸汽對(duì)變換 反應(yīng)是否充足。為了充分利用催化劑的活性范圍，我 們將中溫變換爐一段入口的溫度定為 330℃ ，把變換爐一段出口溫度定為 410℃ 。 ? ?? ? 320xx2/i ???? ???? pPD ??? (61) 式中： P——設(shè)計(jì)壓力， 3MPa； Di ——筒體內(nèi)徑， 3200mm [? ]300 ——筒體材料在設(shè)計(jì)溫度 400℃ 下的許用應(yīng)力， 109MPa； ?——焊縫系數(shù)，用做雙面對(duì)界焊接平進(jìn)行全面無(wú)損探傷， ? =1； C1 ——鋼板厚度負(fù)偏差，取 C1 =； C2——腐蝕裕量，取 C2=； e? =++= 圓整后取厚度為 Sn=48mm 封頭厚度的確定： 上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。有關(guān)參數(shù)見(jiàn) 表 [14]。 （ 5）塔體與封頭壁厚附加量取 c=,裙座壁厚附加量 c=，腐蝕裕度為 mm。并且變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高將不利于變換率的提高，即使在一臺(tái)變換爐可以達(dá)到變換率，勢(shì)必會(huì)使變換爐的高度增加而使設(shè)備投資費(fèi)用增加和造成床層出口超溫，并且 CO出口濃度要求 %?？倽駳饬繛?164000 hN