【正文】 （1）混合燃料氣統(tǒng)一基準焓列表（℃）組分h（kcal/kmol）kmol/hh（kcal/h）N2H2ArCH4C2H6C3H8C4H10C5H12CO2NH3合計（2）207℃頂部燒嘴預(yù)熱冷空氣的統(tǒng)一基準焓：入口空氣30℃預(yù)熱后207℃，查表30℃時，取空氣溫度，常壓預(yù)熱空氣統(tǒng)一基準焓（207℃）組分kmol/hhi（kcal/kmol）hi（kcal/h）N2()()O2()()Ar()()H2O()()合計（3）30℃未預(yù)熱空氣統(tǒng)一基準焓未預(yù)熱空氣統(tǒng)一基準焓（30℃）組分體積v%kmol/hhi（kcal/kmol）hi（kcal/h）N278O221Ar1H2O合計（4）1043℃燃道氣統(tǒng)一基準焓值計算及列表由41～47方程式可知反應(yīng)生成CO2的量為：生成的水量：混合燃料中未反應(yīng)的氣體： 列表如下：燃道氣統(tǒng)一基準焓（1043℃）組分kmol/hhi（kcal/kmol）hi（kcal/h）N2ArO2H2OCO2合計（5）混合原料氣及出上升管氣體焓值計算由一段爐熱量衡算可知：（6）求輻射段所需燃氣量由圖41可知：其中為損失熱量代入數(shù)據(jù)可求得314℃314℃H2O（l）H2O（g）32℃未預(yù)熱燃料氣207℃空氣（預(yù)熱）619℃煙氣 輔助鍋爐燃料用量計算圖42設(shè)計條件⑴輔助鍋爐產(chǎn)氣量設(shè)計為G=59600kg/h；⑵輔助鍋爐散熱損失；⑶未預(yù)熱燃料氣溫度32℃，預(yù)熱空氣溫度207℃，煙氣出口溫度619℃，入輔助鍋爐水汽溫度為314℃。（1）弛放氣焓值計算列表（℃）組分組成v%kmolh（kcal/kmol）h（kcal）H2N2CH4ArNH3合計（2）燃料天然氣焓值計算（164℃）組分組成v%kmolh（kcal/kmol）h（kcal）N2CH4CO2C2H6C3H8C4H10+C5H12+合計（3）求混合溫度t℃設(shè)混合燃料氣在100～150℃之間有下列關(guān)系存在關(guān)于混合燃料參數(shù)列表組分kmolCp（kcal/kmol）h（kcal/kmol）N2515H2524Ar273CH417230C2H619216C3H823363C4H1028224C5H1232621CO293348NH310382同理：根據(jù)代入上式整理得℃，℃輻射段燃料用量求取設(shè)1kmol混合燃料完全燃燒需n kmol氧氣，混合燃料氣按下列反應(yīng)進行燃燒反應(yīng)： 41 42 43 44 45 46 47則有下式成立：設(shè)輻射段需燃氣量為x kmol/h， kmol/h。（3）列平衡方程：①碳平衡： 37②氫平衡： 38③氧平衡： 39④總干氣平衡： 310⑤查表，CO變換反應(yīng)的平衡常數(shù)則 311⑥又因： 312聯(lián)立以上6個方程，解方程組，得： 將上四式代入311得解得 則 則轉(zhuǎn)化氣中CH4量：濕轉(zhuǎn)化氣總量：平衡溫矩的計算設(shè)甲烷化反應(yīng)達到平衡，則查表得 Tp=℃平衡溫矩：△T=990℃℃=℃0，可達到的目的。計算（1）一段濕轉(zhuǎn)化氣空氣和水蒸汽二段轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化氣以100kmol入爐原料氣為基準，設(shè)在此基準下帶入二段爐的空氣量為xkmol。C、入二段爐空氣中水蒸汽配入量為空氣的10%。（1）列元素平衡方程（kmol計）則碳平衡： 31（2）氫的平衡入一段爐H2的kmol數(shù)為：而總水蒸汽量為則H2平衡： 32（3）氧平衡： 33（4）干轉(zhuǎn)化氣總量平衡方程： 34又已知出口溫度下CO變換達到平衡，810℃的平衡常數(shù)反應(yīng)式： 35又總水蒸汽量 36聯(lián)立以上6式，列方程組，得到 將上四式代入35得解得 即可得 平衡水量：轉(zhuǎn)化氣中CH4量：濕轉(zhuǎn)化氣總量：平衡溫矩的求取根據(jù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)：甲烷轉(zhuǎn)化的反應(yīng)平衡常數(shù)為查表得 Tp=℃平衡溫矩：△T=810℃℃=℃，可達到的目的。參考文獻大連工學院等合編，陳五平主編.《無機化工工藝學》：化學工業(yè)出版社，1979年陳五平.《無機化工工藝學》：化學工業(yè)出版社，2002年譚天恩、竇梅、周明華等.《化工原理》（第三版）上、：化學工業(yè)出版社，2006年廖巧麗、朱淇濤.《有機化工工藝學》.北京：化學工業(yè)出版社，2001年季桂琴、陳文華、張澤祥、王偉.《中氮肥》.1996年第五期， 一段轉(zhuǎn)化爐催化劑燒碳總結(jié)楊春升.《小型合成氨廠生產(chǎn)操作問答》.北京：化學工業(yè)出版社，1998年氮肥信息聯(lián)絡(luò)網(wǎng).《變換碳化技術(shù)專輯》.江蘇：江蘇宜興日報社印刷廠，1998年 ：上海人民出版社，1991年1月——：上?？茖W技術(shù)出版社，1982年7月1：化學工業(yè)出版社，1980年11月1《化工設(shè)備設(shè)計全書》：化學工業(yè)出版社，2004年第二章 消耗定額計算 工藝計算條件新鮮氣組成：噸氨新鮮氣消耗定額為2780Nm3/hN2H2CH4ArCO+CO210ppm返氫氣組成：（體積%）N2H2CH4Ar原料氣組成：（體積%）硫含量為50ppm組分CO2CH4N2C2H6V%C3H8iC4H10nC4H10iC5H12nC5H12空氣組成：（體積%）N2O2Ar7821按年開工300天計設(shè)各種烷烴按照下列反應(yīng)式全部轉(zhuǎn)化成CO2和H2 21 22 23 24 25設(shè)空氣中的氧氣按下式全部反應(yīng)生成H2O 26設(shè)吸收塔生氣進甲烷化爐的CO2按下式反應(yīng)生成甲烷 27 消耗定額計算 不返氫條件下消耗定額計算以100Nm3的新鮮氣為基準，設(shè)x，y分別為制取100Nm3新鮮氣就需天然氣及工藝氣量，則有以下幾式成立：N2的平衡 （1）H2的平衡：由反應(yīng)式21～25可知1Nm3的天然氣可生成的H2的體積為：V=4+7+10+(+)13+(+)16 =則：=100%+y2+4100 （2）聯(lián)立（1）和（2）解方程組，得x=，y=所以噸氨消耗為：天然氣：工藝空氣：蒸汽： 1Nm3天然氣的碳數(shù)為：1+2+3+4(+)+5(+)=故水蒸氣量為：18/=噸氨回收CO2量為(+)2780(+)= 返氫定額消耗的計算以1mol出口氣為基準，設(shè)入一段爐的原料氣為Ymol，則返氫氣量為（1y）mol（原料氣中含硫量≤50ppm，很低，故H2的消耗量少，可忽略不計），如圖21，設(shè)噸氨原料耗氣量為Nx，噸氨返氫量為Hx，而一般出口氫含量要為硫含量的100倍（5～15%），取5%，即y’H=5%。二段轉(zhuǎn)化氣再送入兩臺并聯(lián)的第一廢熱鍋爐再送入第二廢熱鍋爐，約370℃送往變換工序?！孀笥遥腿攵螤t頂部與一段爐氣匯合，在頂部燃燒區(qū)燃燒，放熱，升溫至1200℃左右。 天然氣轉(zhuǎn)化工序流程描述本設(shè)計中天然氣即作原料又作燃料。防止積碳可采取三個措施：①研制新型高活性高皮碳性的低水碳比催化劑；②開發(fā)新的耐高溫爐管材料，就可提高一段爐出口溫度；③提高進二段爐的空氣量，可以保證降低水碳比后；一段爐出口氣中較高殘余的甲烷在二段爐中耗盡，目前。 水碳比水碳比是該操作變量中最便于調(diào)節(jié)的一個條件，又是對一段轉(zhuǎn)化過程影響較大的條件。第一段轉(zhuǎn)化在的管反應(yīng)器中進行，管間提供熱量，反應(yīng)器稱一段轉(zhuǎn)化爐，最高溫度（出口處）控制在800℃左右，出口殘余甲烷10%（干基）左右，第二段轉(zhuǎn)化器為大直徑的銅質(zhì)圓筒，內(nèi)襯耐火材料，可耐1000℃以上高溫，對于此結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，不用外加熱方法供熱。 溫度從熱力學看，高溫下甲烷平衡濃度低；從動力學看，高溫使反應(yīng)速率加快，而出口殘余甲烷含量低，因加壓對平衡的不利影響，需提高溫度來彌補，在3Mpa的壓力下，%（干基），必須使溫度達到1000℃。 壓力從熱力學平衡角度看，低壓有利于轉(zhuǎn)化反應(yīng)；從動力學看，反應(yīng)初期，增加系統(tǒng)壓力相當于增加了反應(yīng)物分壓，反應(yīng)速度加快，但反應(yīng)后期，反應(yīng)接近平衡，反應(yīng)物濃度很低而產(chǎn)物濃度高加壓反而會降低反應(yīng)速率，所以從化學角度看，壓力不宜過高。此外還應(yīng)考慮技術(shù)、經(jīng)濟、生產(chǎn)安全等進行綜合優(yōu)化。為氣固相催化反應(yīng)。是體積增大的反應(yīng)，由此，在其他條件一定時，降低壓力有利于正反應(yīng)進行，從而降低轉(zhuǎn)化氣中甲烷殘余量。、設(shè)計方案的討論 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程很復雜，但主要為蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，即： （1） （2） （3）從三個反應(yīng)中，反應(yīng)（1）可以看作是反應(yīng)（2）和（3）的疊加，新的決定甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)平衡的是（1）和（3）這兩個獨立反應(yīng)?！?（干基）左右。轉(zhuǎn)化氣經(jīng)過上升管進入二段轉(zhuǎn)化爐。 流程說明及流程圖天然氣原料經(jīng)天然氣壓縮機升壓并預(yù)熱后，經(jīng)乙醇胺或加氫轉(zhuǎn)化脫除硫化物，殘余的硫則采用氧化鋅脫硫。該流程的特點：充分回收工藝過程中廢熱、副產(chǎn)高，中壓蒸汽并以蒸汽為動力驅(qū)動離心式壓縮機，裝置系列、單機組。一段轉(zhuǎn)化： 二段轉(zhuǎn)化：由于一段爐的溫度條件，出口氣體仍含有較多的甲烷（約10%），為進一步轉(zhuǎn)化，需更高的溫度，在二段爐內(nèi)加入空氣，氣體中氫和空氣中的氧燃燒，除H2外，CH4和CO也可燃燒，由于大量放熱，溫度高達1200℃，因此殘余CH4可以繼續(xù)轉(zhuǎn)化。 凱洛格制氨流程介紹（天然氣加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法） 制法烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是一項以烴類（天然氣或石腦油）為原料，在催化劑作用下與蒸汽進行反應(yīng)制得合成氨新需的粗原料氣的過程。⑥操作容易由于LCA工藝突破了傳統(tǒng)工藝的框架，因而在經(jīng)濟上帶來了很大收益。④采用分子篩變壓吸附工藝脫除過量氮以及二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氫代替常規(guī)溶液脫碳與深冷分離脫除過量氮，從而簡化氣體凈化流程。②采用二段轉(zhuǎn)化氣返回一段轉(zhuǎn)化爐的表程提供一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需熱量的轉(zhuǎn)化器代替結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大以輻射傳熱為主的一段轉(zhuǎn)化爐。 LCA工藝LCA工藝與傳統(tǒng)的大型合成氨工藝的區(qū)別在于改進工藝，簡化流程，縮小規(guī)模。 ICI AMV工藝ICI公司的AMV流程，也是20世紀80年代開發(fā)的節(jié)能型合成氨工藝之一，除了采用與布朗深冷凈化工藝的一些節(jié)能措施，例如改變一段、二段蒸汽轉(zhuǎn)化條件，二段轉(zhuǎn)化爐加入過量空氣，采用燃氣透平以外，其主要特點是采用新開發(fā)的低溫低壓下活性好的氨合成催化劑，操作壓力為8～10Mpa。在甲烷化工序后加設(shè)深冷分離裝置，即可脫除過量氮，又能制取高純度的新鮮氫氮氣（%Ar）。布朗公司降低能耗的重要措施之一是減少燃料天然氣用量，采用了減少一段轉(zhuǎn)化爐負荷，增大二段轉(zhuǎn)化爐負荷，以及采用燃氣透平驅(qū)動工藝空氣壓縮機。關(guān)于詳細的凱洛格制氨工藝將在下一節(jié)中詳細介紹。2K2O～SO24≤51～200cm3/m31SMoO35Al2O31物理性質(zhì)外觀棕褐片劑棕褐片劑棕褐片劑棕褐片劑棕褐片劑棕褐片劑尺寸/mmφ9～5～7φ9～5～7φ95～7φ95φ9～7～9φ95～7φ666堆密度/(kg/L)～～～～～～比表面/(m2/g)36355074孔隙率/%4045備注