【正文】 CO 變換量為： = kmol/kmol = kcal/kmol 粗煤氣升溫耗熱： (410330)= kcal/kmol 熱損失： = kcal/mol 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第二變換爐的熱量衡算 以 1kmol濕煤氣為基準： CO 變換量為： = kmol/mol CO 變換反應熱為： = kcal/kmol 氣體升溫耗熱為： (337 305)= kcal/kmol 熱損失： = kcal/kmol 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 參考文獻 1. 郭鎧、唐小恒、周緒美編，《化學反應工程》，化學工業(yè)出版社， 20xx 年 2.《煤氣設(shè)計手冊》中冊，中國建筑工業(yè)出版社， 1986 年 3. 晉開集團合成氨造氣生產(chǎn)記錄報表和操作規(guī)程， 20xx 年 4. 葛婉華、陳鳴德編，《化工計算》，化學工業(yè)出版社， 1997 年 5.《氮肥工藝設(shè)計手冊》 (理化數(shù)據(jù)分冊 )，石油化學工業(yè)出版社， 1979 年 6. 王扶明、曾之平主編，《化工工藝學》上冊，化學工業(yè)出版社， 20xx 年 7.《化工工藝設(shè)計手冊（上、下）》國 家醫(yī)藥管理局編，化學工業(yè)出版社， 1986 年 8.《合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊（上、下）》，梅安華主編，化學工業(yè)出版社 9． 陳五平 主編 ,《合成氨工藝學》 化學工業(yè)出版社， 1996 年， ISB750251452X/； 引用部分：131 頁 — 167 頁 10． 張成芳 主編 ，《合成氨工藝與節(jié)能》 華東化工學院出版社， ISBN ； 引用部分：149 頁 — 178 頁 11. 陳聲宗主編，《化工設(shè)計》 化學工業(yè)出版社 . ISBN 750253041X 引用部分： 17 頁 — 28 頁， 181頁 — 187 頁 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 致 謝 本次論文從選題、定稿、修改都得到了陳宇指導老師的全程指導，在此對她表示深深地感謝，感謝她在百忙之中抽出時間對我的論文提出的建議和指導，感謝平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院系部教師在其中檢查時對我的設(shè)計提出的寶貴意見，在。 在 下，常壓下各組分的平均定壓熱容為： 表 5— 1 組分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp kcal/kmol℃ Cp0=∑ yiCpi= + + + ++ = kcal/kmol,℃ TC= PC= 第一換熱器 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） ??? Cr TTT 3 0 7 0 9 3 ??? cr ppP 查普遍化熱容校正圖：Δ CP= CP=CP0+Δ CP=+= kcal/kmol,℃ 煤氣在 330℃ (603K)時，常壓下各組分的平均定壓熱容： 表 5— 2 組分 CO2 CO H2 H2O CH4 N2 Cp Kcal/Kmol℃ CP0=∑ yiCpi= + + + ++ = kcal/kmol,℃ TC=325K PC= Tr=603/325= Pr=查普遍化熱容校正圖：Δ CP= CP=CP0+Δ CP=+= kcal/kmol,℃ 該換熱器熱損為： 1 (410305)=1 (330+5t) t=228℃ 第一換熱器進口煤氣溫度的計算 t,待求 粗煤氣 181℃ 粗煤氣 228℃ 第一 換熱器 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第二變換爐 337℃ 煤氣從 181℃升至 228℃，平均溫度為 ℃ ()。從造氣工序來的總濕氣為 164000 hNm/3 ，所以通過每一系列的濕氣體積為： V0= 820xx2164000 ? Nm3/h 因為沒有查到 04?QCS 催化劑的資料，所以在本設(shè)計中暫用 BG ?66 型催化劑的資料來代替說明催化劑裝填量的計算方法?！? RH? ：進口溫度下的反應熱 kcal/kmol CO%：氣體中 CO 的濃度，摩爾分率 Δ t：因損失 而造成變換氣溫度降 ℃ (取 10℃ ) )0(3 9 0 9 4103 3 04 1 0 200 ?????? x 002 ??x 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 變換了的 CO 的量為： = kmol (1kmol 濕煤氣中 CO 變換量 ) 剩余的 CO 的量為： = 則第一變換爐出口各組分： (以 1kmol 濕氣為基準 ) N2： CO： 0 6 2 8 3 0 4 1 ?? kmol CH4： kmol CO2： ?? kmol H2： 3 3 5 8 3 0 5 2 ?? kmol H2O： － = kmol 第一變換爐出口各組分含量表： 表 4— 3 組分 N2 CO CH4 CO2 H2 H2O 合計 含量（％） 100 含量 kmol 1 410℃ (683K)時平衡常數(shù)： lgKp=1914/=1914/= Kp== 第一變換爐入口溫度為： 330℃ 第一變換爐出口溫度為： 410℃ 第一變換爐入口 CO 變換率為： 0 第一變換爐出口 CO 變換率為： ％ 第二變換爐的物料衡算 第二變換爐入口壓力假定為： = 第二變換爐的入口溫度選為 305℃，出口溫度選為 337℃，平均溫度為 321℃ (594K)。 第一變換爐的物料衡算 第一變換爐的入口溫度選為 330℃ ， 出口溫度選為 410℃ ，查表在 410℃ (683K)時變換反應的熱效應： ΔH=濕煤氣由 330℃升至 410℃，平均溫度為 370℃。 然后將變換氣引出與粗煤氣換熱降低變換氣的溫度，在第二變換爐中繼續(xù)進行變換反應。綜合上述原因，本設(shè)計將此變換反應定為在兩臺變換爐中 進行。如果把此變換反應放到一臺變換爐中進行的話，變換氣的出口溫度很可能會超過催化劑的活性溫度從而使催化劑失活。而工藝中所選用的催化劑 QCS04 的活性溫度范圍是320~ 480℃。 查 181℃時的飽和水蒸氣壓 PS= MPa 則： 5 35 0 25 0 25 ???? sspp p 而干氣中 CO 的百分含量是 ％， ??COOH 因為變換反應中 CO 和 H2O（ g）之比為 1： 1，所以在 181℃、 下被水蒸汽飽和的粗煤氣進行變換反應，其中的水蒸汽已經(jīng)足夠了，不用再補加水蒸汽。 粗煤氣（ 干基）的主要成分（體積）： 組成 N2 CO CH4 CO2 H2 合計 含量％ 100 要求：出變換工序的 CO 含量要達到 3％（干基），因為后工序要進行的甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應是吸熱反應，用這部分未被變換的 CO 作為燃料氣來為甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應提供熱量，所以不能把 CO 全部變換掉。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 章 工藝計算 已知條件與要求 已知條件：從造氣工序來的粗煤氣，絕對壓力 ,被冷卻到被蒸汽飽和的 181℃后，進入本工序。同時，段間熱量的及時移出有利于反應的進行。 根據(jù)以上原則和鈷鉬系寬溫耐變換催化劑的特點以及后序的凈化流程，在本工藝中采用蘭州航天石化研究院生產(chǎn)的 QCS04 耐硫變換催化劑。 能夠?qū)⒂袡C硫降解為無機硫，從而使硫化物從工藝系統(tǒng)脫除后便于回收利用。因此，本變換系統(tǒng)不能選用鐵鉻系變換催化劑和銅系催化劑，須選用鈷鉬系寬溫耐硫變換催化劑。而硫和氯 就是傳統(tǒng)的低變催化劑最主要的毒物，可使低變催化劑發(fā)生永久性中毒，硫可與催化劑的活性金屬銅發(fā)生反應而生成硫化銅，使催化劑的有效成分減少，活性下降。變換入口粗煤氣中一氧化碳和二氧化碳的含量較高，硫化氫干基含量達 ％。 催化劑的選擇 一氧化碳變換反應催化劑的選用，主要根據(jù)合成氨生產(chǎn)工藝要求來確定，主要依據(jù)為原料氣和變換氣中一氧化碳和二氧化碳的含量、原料氣中硫化氫和有機硫化物的含量以及原料氣最終精制工藝的要求。具體操作壓力的數(shù)值，應根據(jù)中小型氨廠的特點，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機各段壓力的合理配置而定。從能量消耗上看，加壓也是有利。對平衡而言，加壓并無好處。但是實際生產(chǎn)中，由于高汽氣比的水煤氣含大量的水蒸氣，壓力升高，水蒸氣分壓隨著升高，各段入口變換氣露點隨之升高，為保護催化劑，勢必各段的溫度也要提高，出口溫度提高，CO 的含量就不能保證，因此壓力對變換反應的影響不可小視。此外，合理確定 CO 最終變換率以及催化劑床層的段效，保持良好的段間冷卻效果，都可以促進水蒸氣消耗的降低。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 為了盡可能地提高 CO 的變換率，防止副反應的發(fā)生，工業(yè)上是在水蒸氣過量下進行反應的。 水蒸氣含量的影響 適度增加水蒸氣的含量，也就提高了反應物濃度，有利于變換反應的進行，魯奇爐產(chǎn)生的高水汽比煤氣含有的水蒸氣，足以滿足反應的需要。通常情況下，反應器入口溫度要高出催化劑起活溫度 2030℃。而存著最佳反應溫對一定催化劑及氣相組成，從動力學角度推導的計算式為 Tm= 1212ln1 EEEE RTTee?? 式中 Tm、 Te— 分別為最佳反應溫度及平衡溫度，最佳反應溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化。 變換反應是可逆放熱反應。 對于低溫過程，由于一氧化碳反應量少，無需從床層移熱。前者是在間壁式換熱器中進行的；后者則是在反應器中直接加入冷流體以達到降溫的目的，又稱冷激式。此類變換爐的特點是反應過程與移熱過程分開進行。 根據(jù)催化床與冷卻介質(zhì)之間的換熱方式的不同，移出方式可分為連續(xù)換熱和多段換熱式兩大類。催化床溫度應盡可能接近最佳溫度。在滿足工藝條件的前提下，盡量維持低溫操作。應在催化劑的平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 活性溫度范圍內(nèi)操作催化床溫度。因此，隨著反應的進行，應從催化床中不斷移出適當?shù)臒崃?，使床層溫度符?Tm 的要求。而此時，由