【正文】 Rlgk = 解之得 k = 同理按90%進行計算 k = = KP = 則w = KP 1= u = KP (A+B)+(C+D) = (+)+(+)= v = KP (AB)(CD) = ()()= = = = x = = 2wx = 2=將上述式子代入（1）中== （）=解之得 = h1 設入爐變換氣為V標準米3（干基）V == m3在30kg/cm2壓力下，催化劑活性為常壓下的4倍，由此求得第一層催化劑量 VR1 = = 第二層催化劑量 VR1 = = m3 則催化劑總量 VR = VR1+ VR1 =+= m3 相當于以干氣計算的空間速度為 = h1 而根據(jù)設計時的安全裝填系數(shù)k′=，催化劑實際裝填量為：V實 = VRk′== m3實際工廠裝填量約為56～60 m3，故本設計和實際用量基本相符。R第一層催化劑平均溫度Tm = =176。求得變換爐各處氣體組成如下表：位置氣體組成溫度℉絕溫176。nCO ==106 kJ／h損失的熱量 Q損=106=106 kJ／h高變爐熱平衡：∑H入=106 kJ／h∑H出=H出+Q損=106+106=106 kJ／h 高變爐平衡溫距的計算KPCO===查[2]得 對應的平衡溫度t平 =℃高變爐平衡溫距 △t==℃ 高變爐干空速的計算以1atm、60℉（℃）為計算基準干空速 SV == h1 低溫變換爐的衡算 物料衡算：設計數(shù)據(jù)依據(jù)出口CO含量為：%，設低變爐出口干氣總量為Vkmol／h，則在低變爐中變換掉的CO為：n′CO=V= V入口干氣+ n′CO =+（ V）解得 V= kmol／h消耗掉的CO量為 n′CO = kmol／h則低溫變換爐出口各組分為：nCO = = kmol／hnH2O= = kmol／hnCO2=+= kmol／hnH2=+= kmol／hnCH4= kmol／hnAr= kmol／hnN2= kmol／h低溫變換爐出口各組成如下表：組 分ni kmol/hmol（干）％kg/hCOCO2H2CH4N2Ar干氣H2O合計 低溫變換爐熱量衡算（1）低溫變換爐入口氣體統(tǒng)一基準焓（241℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106（2）低變爐出口氣統(tǒng)一基準焓（254℃）如下表：組 分ni kmol/hniHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N21570106Ar106干氣106H2O106合計106（3）熱平衡熱損失按平均溫度反應熱的10%計算出、入口平均溫度 = = ℃查[2]得此溫度下的反應熱效應 △rH = kcal／kmol低變爐的反應熱Q反=△rHX=1043X= kJ／hQ熱損失 取該段總收入熱量的2%Q熱損失=2%Q入=CPi（0～1043℃) △tX+ CPi(0～30℃)℃YiCPikcal／℃O2N2Ar合計查[3]可得 CPH2O(0～30℃)= kcal／kmol△tQ低熱= kJ／h Q混燃料帶入熱 =∑Yi℃混合燃料氣的平均熱容如下表：組 分YiCPi(0～105℃) kcal／kmol℃CP煙氣(0～252℃)= ++++= kcal／kmol℃O27．2272CO2N2ArH2O合計CP煙氣(0～1043℃) = ++++= kcal／kmol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：組分niHi kcal／kmolYiCPi(0～1043℃) kcal／kmol弛放氣組成如下表：組分N2H2CH4ArNH3合計yi混合燃料氣組成及低熱值如下表：組 分YiQi（低熱值）kcal／kmolYiQi kJCH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2NH3N2O2ArCO2合計混合燃料燃燒的計算是以1kmol混合燃料氣為計算基準主要燃燒反應有：CH4+2O2=CO2+2H2OC2H6+=2CO2+3H2OC3H8+5O2=3CO2+4H2OC4H10+=4CO2+5H2OC5H12+8H2O=5CO2+6H2OH2+O2=H2ONH3+O2=N2+H2O則混合燃料氣的理論耗氧量為：組 分Yi理論耗氧量kmol燃燒產物 kmolCO2H20N2CH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2NH3合計燃燒1kmol混合燃料氣的理論空氣耗量為：n理== kmol／kmol混合燃料查[3] 。 轉化段熱量衡算 一段爐輻射段熱量衡算計算數(shù)據(jù)依據(jù)：入反應管溫度：510℃入反應管壓力： 出上升管溫度：850℃出上升管壓力：入一段轉化爐爐芯燃料氣溫度為：105℃ 輻射段出口煙氣溫度為：252℃熱量衡算以統(tǒng)一基準焓為計算基準，數(shù)據(jù)查自[10]；同時，以1atm、25℃為計算基準1kcal=。 二段轉化爐的物料衡算設計數(shù)據(jù)依據(jù)：空氣組成：N2：78%；O2：21%；Ar：1%；補加蒸汽量為加入空氣量的10%；出口甲烷含量：%；出口壓力：；出口溫度：1003℃。2 設計工藝計算 轉化段物料衡算原料氣（入加氫轉化器天然氣）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％一段轉化爐出口溫度：822℃一段轉化爐出口壓力：（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==設一段轉化爐出口CO、COH2的含量分別為nCO、nCO2和nH2，干轉化氣總量為V kmol/h,轉化消耗水蒸汽量為n′H2O kmol/h。 （6）電力優(yōu)勢 寧夏目前無拉閘限電之虞，2004年寧夏電網統(tǒng)調裝機容量達到366萬千瓦，而且基地規(guī)劃建設的八大電廠將形成千萬千瓦級的火電基地，這些都將為基地提供充足的電力供應。 （4）土地資源優(yōu)勢 基地處于荒山丘陵地帶，地形平緩，地勢開闊，有成片的發(fā)展用地，為工業(yè)建設提供了廣闊的土地資源。（2）水資源優(yōu)勢 基地位于黃河東畔，中心區(qū)距黃河僅35公里左右，2003年底開工建設的寧東供水工程，預計2005年5月建成通水，總供水量為15970萬立方米，能為基地提供充足的水源保障。 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)靈武市境內的寧東能源重化工基地。由于此時氣體溫度還不能進行低溫變換，于是將變換氣用來加熱其它工藝氣體，而變換氣被冷卻到241℃后進入低變爐。經高變處理后，％左右，溫度為425～440℃。從第二換熱器出來的氣體繼續(xù)送往變換工序處理?！?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，離開二段轉化爐的溫度約為1000℃左右， MPa，％。 工藝參數(shù)的確定以天然氣為原料合成氨生產裝置轉化變換工序設計，其主要參數(shù)是一、二段轉化工藝和CO高低變串聯(lián)流程的溫度和壓力。在本設計中，甲烷和其他烴類轉化為CO和H2的轉化工序采用的是兩段爐催化轉化，經過二段轉化后，%左右。煤頭技術中，固定層氣化流程，雖然工藝成熟，但氣化消耗高，環(huán)保污染嚴重、難以達標、廠區(qū)環(huán)境惡劣；水煤漿氣化技術對煤種要求特別高，包括煤的活性，灰份含量、灰熔點、固定碳含量?？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）。第三，以天然氣為原料合成氨工藝比重油和煤為原料的工藝成本低，而且能耗低。在目前我國的能源消費結構里，煤炭占67％，石油占20％，％，％的世界平均水平。我國將大力提高天然氣在我國能源消費結構中的比重。天然氣作為一種清潔優(yōu)質的能源，在我國改善能源結構，以及我國在大力推動低碳經濟發(fā)展的過程中，獲得了前所未有的大發(fā)展。據(jù)最新的《石油與勘探開發(fā)》介紹，目前，我國天然氣工業(yè)正處于發(fā)展高峰時期，且發(fā)展速度越來越快。寧夏天然氣資源也十分豐富，所以在選擇天然氣作為原料合成氨有著明顯的區(qū)位優(yōu)勢。僅占資源總量的5%左右，列世界第16位，天然氣資源勘探潛力很大。 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。 設計方案的確定 原料的選擇合成氨生產的原料有焦炭、煤、焦爐氣、天然氣、石腦油、重油等。變換工段主要利用CO變換反應式：CO+H2O→CO2+H2 ΔH 298=在不同溫度下分兩步進行，第一步是高溫變換（簡稱高變）使大部分CO轉化為CO2和H2，第二步是低溫變換簡稱低變，%左右。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。CH4+H2O→CO+3H2CH4+2H2O→CO+4H2二段轉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。在一段轉化爐里，大部分烴類與蒸汽于催化劑作用下轉化成HCO和CO2。氨合成反應式如下：N2+3H2 2NH3(g) ΔH=； 合成氨轉化工序的工藝原理本設計中的合成氨轉